ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CẦU TRỤC

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN MÔN TĐH
Số : Đề 13
Họ và tên SV : .............................................................Lớp : ĐIỆN 7
Khoá : 9 Khoa : Điện
Giáo viên hướng dẫn :.....................................
NỘI DUNG

m

Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho hệ thống cầu trục có yêu cầu công nghệ
được mô tả như hình vẽ

A

X,V1

T,V2

P,V1

C

B

L,V2

A,B,C là các công tắc hành trình dạng xung
Mạch điều khiển sử dụng bộ điều khiển có lập trình Zen
Mạch lực sử dụng 2 bộ biến tần LS và 2 động cơ không đồng bộ ba pha có Pđm =
5,5kW; Uđm=380V; nđm = 940v/p; Cosφ = 0,78; ηđm = 0,82
T
T
1
2

Tên bản vẽ
Mạch điều khiển
Mạch Lực

Khổ giấy

Số lượng

A3
A3

1
1

PHẦN THUYẾT MINH
1. Khái quát chung về công nghệ
2. Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực
3. Tính chọn các thiết bị liên quan

4. Thiết kế bản vẽ đấu nối, tính toán, cài đặt tham số cần thiết cho bộ biến tần,
lập trình mạch điều khiển cho Zen
Ngày giao đề : 21/08/2017
BỘ MÔN

Ngày hoàn thành : 30/11/2017
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NÓI ĐẦU
Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy
tính đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như CNC, PLC… các thiết bị này cho phép
khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó và đáp ứng
được yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất.
Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay thì việc ứng dụng thiết
bị logic khả trình PLC để tự động hoá quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng
xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang là một vấn đề cấp
thiết và có tính thời sự cao.
Đồ án với đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho hệ thống cầu trục
sử dụng plc Zen và biến tần LS theo yêu cầu công nghệ như trên”
Trong quá trình tiến hành làm đồ án, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của
giáo viên hướng dẫn do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và
nhận xét đánh giá quý báu của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để đồ án được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo viên
hướng dẫn đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn

Mục lục
Chương 1 khái quát chung về công nghệ hệ thống cầu trục
1. Khái niệm ,phân loại,cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cầu trục
2. Đặc điểm công nghệ
3. Yêu cầu truyền động
Chương 2 Thiết kê mạch điều khiểm và mạch lực
1. Phương pháp grafcet
2. Ứng dụng
Chương 3 tính chọn các thiết bị liên quan
Chương 4 thiết kế bản vẽ đầu nối ,tính toán, cai dặt tham số biến tần và lập trình mạch
điều khiển cho Zen


Chương 1: khái quát chung về công nghệ cầu trục
1. khái niệm ,phân loại , cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cầu trục
Khái niệm:Cầu trục là một loại thiết bị đảm bảo các thao tác nâng-hạ-di
chuyển hàng hóa trong nhà xưởng . Nó rất tiện dụng và có hiệu quả cao trong quá trình
bốc xếp hàng hóa, với sức nâng từ 1 đến 500 tấn, vận hành chủ yếu bằng các dđộng cơ
diện nên được dùng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất công nghiệp.
Phân loai cầu trục
Theo công dụng


Cầu trục có công dụng chung: Chủ yếu dùng với móc teo để xếp dỡ, di chuyển
lắp ráp và sửa chữa máy móc

Cầu trục chuyên dùng: Được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với
các thiết bị mang vật chuyên dùng và chế độ làm việc rất nặng
Theo cách dẫn động các cơ cấu




Cầu trục dẫn động bằng tay: Các cơ cấu được dẫn động bằng hệ thống tời kéo
tay (hệ thống đĩa xích kéo tay...)



Cầu trục dẫn động bằng điện: Các cơ cấu được dẫn động cơ điện (Palăng...)

Theo kiểu dáng kết cấu dầm


Cầu trục dầm đơn: dầm cầu của cầu trục một dầm thường là dầm chữ I hoặc
dầm tổ hợp với các dầm thép tăng cứng cho dầm, cầu trục một dầm thường dùng pa
lăng điện chạy dọc theo dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển pa lăng



Cầu trục dầm đôi: Hay còn gọi là cầu trục 2 dầm



Cầu trục dầm kép: có các loại dầm hộp và dầm giàn không gian



Cầu trục dầm hộp



Cầu trục dầm giàn

Theo cách tựa của dầm cầu lên đường ray di chuyển của cầu trục


Cầu trục tựa



Cầu trục treo

Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục


Cầu trục dẫn động riêng




Cầu trục dẫn động chung



Ngoài ra theo nguồn dẫn có hai loại dẫn động bằng tay và dẫn động máy

Theo phạm vi phục vụ
Hiện cách phân loại này rất đa dạng nó được gọi tên theo mục đích cẩu hàng như:


Cầu trục cho cầu cảng: Với sức nâng hàng hóa lớn



Cầu trục phòng nổ: Cho các nhà máy gas,khí, hầm lò than,...



Cầu trục thủy điện: Phục vụ quá trình vận hành và làm việc khi lắp đặt sửa chữa
thay thế tua bin máy phát, trạm nguồn,...



Cầu trục luyện kim: Cầu trục làm việc trong các phân xưởng luyện kim có nhiệt
độ rất cao



Cầu trục gầu ngoạm: Cầu trục có móc cẩu dạng gầu ngoạm chuyên dụng để bốc
vật liệu rời (than, cát...)

Cầu trục mâm từ: Cầu trục có móc cẩu là các cụm nam châm điện chuyên dùng
để bốc thép tấm,...
để hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý
hoạt động ta xét cụ thẻ về cầu trục
dầm đôi
Cấu tạo
Cấu tạo cầu trục bao gồm : 2 dầm
chính liên kết với 2 dầm biên tạo
thành khung cứng, sàn công tác, xe

con di chuyển dọc cầu trục, trên xe
con được lắp đặt pa lăng hoặc tời
điện, cụm hạn chế di chuyển của xe
con, hệ dây dẫn điện & điều khiển
cầu trục, hệ thống di chuyển cầu trục
dọc nhà xưởng.
Nguyên lý hoat động
- Hai đầu của dầm chính liên kết
cứng với các dầm cuối theo phương
thẳng đứng và nằm ngang. Tại dầm
cuối có lắp bánh xe di chuyển chạy
trên hai thanh ray đặt dọc theo sàn nhà xưởng trên các vai cột.Theo phương nằm ngang
thì khoảng cách tại tâm các ray là khẩu độ cầu trục.


-Palang chạy dọc theo các đường ray trên dầm chính, chúng di chuyển nhờ cơ cấu
nâng. tùy vào công dụng của cầu trục mà đặt 1 hoặc 2 cơ cấu nâng trên palang.Nếu có


2 cơ cấu nâng thì cơ cấu nâng chính có tải trọng lớn, cơ cấu nâng phụ tương ứng có tải
trọng tâm nhỏ hơn.
- Cơ cấu di chuyển được đặt trên kết cấu dầm cầu. Động cơ của các cơ cấu này lấy
nguồn điện thông qua đường điện chạy dọc theo nhà xưởng và sàn đứng dùng để phục
vụ cho việc kiểm tra bảo trì nguồn điện này.
- Cáp điện dùng để cấp điện cho các động cơ đặt trên palang bằng cách treo lên, trên
phần kết cấu thép của cầu trục có thêm phần sàn đứng với lan can tiện cho việc đi lại
kiểm tra bảo dưỡng.


Chương 2:Thiết kê mạch điều khiểm và mạch lực

1. Phương pháp grafcet
. Hoạt động theo logic trình tự của thiết bị trong công nghiệp:
Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp máy móc thường hoạt động theo trình
tự logic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn cho người và thiết bị.
Cấu trúc hoạt động trình tự của dây chuyền đã đưa ra yêu cầu cho điều khiển đồng thời
cũng gợi ý cho ta sự phân nhóm logic của hoạt động trình tự bởi các tập hợp con của
máy móc và các thuật toán điều khiển bằng chương trình con. Sơ đồ khối của hệ điều
khiển quá trình được thể hiện theo sơ đồ sau:


Tín hiệu
vào

Cấu trúc
điều khiển
trình tự

Quá trình

Hình 1: Sơ đồ khối của hệ điều khiển quá trình
Một quá trình công nghệ bao gồm ba hình thức hoạt động sau:
+ Hoàn toàn tự động
+ Bán tự động
+ Bằng tay
Trong quá trình hệ thống làm việc, để đảm bảo an toàn và linh hoạt, hệ điều khiển cần
phải có sự chuyển đổi dễ dàng từ “tự động” → “bán tự động” hoặc “bằng tay” và
ngược lại → như vậy hệ mới đáp ứng được yêu cầu thực tế.
Trong quá trình làm việc, sự “không bình thường” (sự cố) của hệ thống có rất nhiều
loại; vì vậy trong quá trình phân tích hệ thống cố gắng mô tả chúng một cách đầy đủ
nhất, nghĩa là các sự kiện về lỗi đa số phải được định nghĩa trước. Trong vấn đề về sự

cố người ta thường phân ra làm 3 nhóm sau:
+ Hư hỏng “một bộ phận” trong cấu trúc điều khiển.
+ Hư hỏng “cấu trúc trình tự” điều khiển.
+ Hư hỏng “bộ phận chấp hành”.
Khi thiết kế hệ thống phải tính đến các phương án khác nhau như: việc dừng
máy khẩn cấp, xử lý tắc ngẽn vật liệu và nhiều hiện tượng nguy hiểm khác đồng thời
cho phép người vận hành can thiệp ngay điểm xảy ra sự cố hoặc cô lập vùng xảy ra sự
cố đó.
Grafcet là cộng cụ rất hữu ích để thiết kế và thực hiện đầy đủ các yêu cầu của
hệ thống tự động hoá các quá trình công nghệ.


Định nghĩa Grafcet:
Grafcet là từ viết tắt của tiếng Pháp “Graphe fontionnel de commande étape
transition”, là đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái hoạt động của hệ thống
và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang
trạng thái khác, đó là một graphe định hướng và xác định bởi các phần tử sau: G :=
{E, T, A, M}
Trong đó:
+ E = {E1, E2, E3, ... , Em} là một tập hữu hạn các trạng thái (giai đoạn ) của hệ
thống, được kí hiệu bằng hình vuông. Ứng với mỗi trạng thái sao cho hành vi điều
khiển là không thay đổi, hành vi đó có thể hoạt động hoặc là không hoạt động. ⇒ Điều
khiển chính là thực hiện các mệnh đề logic chứa các biến vào/ra để hệ thống có được
trạng
thái xác định trong hệ và đây cũng chính là một trong cácEj (P, M: a.Ek)
trTrạạng thái cng thái Eủa Grafcet. j ở hình 1.13 là sự phối hợp giữa biến
ra
P và


Hình 2

M, với M = a.Ek , trong đó Ek là biến đặc trưng cho hoạt
động của trạng thái Ek còn a là biến đầu vào của hệ.

+ T = {t1, t2, t3, ... ti} là tập hữu hạn các chuyển trạng thái, biểu diễn bằng dấu “gạch
ngang”. Giữa hai trạng thái luôn tồn tại một chuyển trạng thái, chuyển trạng thái này
có dạng hàm Bool gắn với một chuyển trạng thái → “một tiếp nhận” .
Việc thực hiện chuyển trạng thái tj ở hình 3 được thực hiện bởi tích Ev.a.c, trong đó Ev
là các biến đạc trưng cho sự hoạt dộng trạng thái Ev,còn a, c là các biến vào. Điều
tj
kiện
để chuyển trạng thái tj là tj = Ev.a.c.
Hình 3
Việc chuyển trạng thái t ở hình 4 được thực hiện bởi điều kiện logic: Ev.(↑a), trong
đó Ek là biến dặc trưng cho sự hoạt động trạng thái Ek, còn ↑a biễu diễn sự thay đổi từ
tj
Hình 4
0 lên 1của biến đầu vào a.


Đồ án chuyên môn tự động hóa
+ A = {a1, a2, a3, ... ai} là tập các cung định hướng nối giữa 1 trạng thái với 1 chuyển trạng
thái hoặc 1 chuyển trạng thái với một trạng thái.
+ M = {m1, m2, m3, ... mi} là tập các giá trị (0,1). Nếu mi = 1 thì trạng thái i là hoạt động,
ngược lại trạng thái i không hoạt động.
1.8.3. Một số kí hiệu dùng trong Grafcet:
a) Hình vuông có đánh số như hình 1.16 a), b) biểu thị trạng thái; hình chữ nhật bên phải
dùng để mô tả hoạt động của trạng thái đó.
b) Hai hình chữ nhật lồng vào nhau có đánh số, biểu thị trạng thái khởi đầu.

c) Hình vuông đánh số có kèm theo dấu chấm “.” biểu thị trạng thái hoạt động.

3

3
Khởi động
quạt hút

2.
1

dừng băng tải
phụ gia

a)

b)

c)

d)

a, b ký hiệu trạng thái ; c trạng thái khởi đầu; d trạng thái hoạt động
b

t/q/2s
5

3

7

d↓

9

4
6
a)

hình 5

b)

c
↑

8

10
c)

d)


Đồ án chuyên môn tự động hóa

1

7

8
t79

t13 t89 t12
2
a) OR

3

9

1

7

t123
2

8
t789

3
c) AND

b) OR

9
hình 6

d) AND

d) Dấu gạch ngang biểu thị cho việc chuyển trạng thái. Trạng thái được chuyển khi
điều kiện chuyển được thoả mãn. Xem hình 1.17
e) Các kí hiệu phân nhánh ở hình 1.18:
Hình 1.18 a) khi TT1 đang hoạt động nếu t 12 thoả mãn thì TT2 hoạt động; nếu t13 thoả
mãn thì TT3 hoạt động; nếu t 12 và t13 cùng thoả mãn thì TT2 và TT3 cùng hoạt động
gọi là TT OR. Tương tự cho hình 1.18 b).
Hình 1.18 c) TT1 đang hoạt động nếu t 123 thoả mãn thì cả hai TT2 và TT3 hoạt động
gọi là trạng thái AND.
Hình 1.18 d) TT7 và TT8 đang hoạt động nếu t 789 thoả mãn thì TT9 hoạt động trạng
thái này gọi là TT AND.
f) Hình 1.19 a) cho phép thực hiện bước nhảy, nếu đang hoạt động ở TT2, điều kiện a
thoả mãn thì hệ thống sẽ chuyển hoạt động từ TT2 sang TT5 bỏ qua TT3 và TT4;
ngược lại nếu a không thoả mãn thì các trạng thái 3, 4, 5 lần lượt sẽ được thực hiện.


Đồ án chuyên môn tự động hóa

2
a

6
a

3

7
b

4

8
c

5
a)

9
b)

m

Hình 6
Hình 6 b) nếu điều kiện f chưa thoả mãn thì TT8 sẽ quay về lại TT7, nếu f thoả mãn thì TT8
mới chuyển sang TT9.
2.ứng dụng grafcet cho yêu cầu đề tài

A

X,V1

T,V2

P,V1

C

B

L,V2

 A, B, C là các công tắc
hành trình cảm nhận vị
trí cầu trục.
 Nguyên lý hoạt động :
 Ấn start, động cơ 1 di chuyển cầu trục chạy với vận tốc v1 sang phải, khi
dầm bên chạm vào công tắc hành trình B, động cơ 1 dừng đồng thời động
cơ 2 di chuyển xe con chạy với vận tốc v1 dọc xuống . Khi xe con chạm
vào công tác hành trình C, động cơ đảo chiều quay và xe con chạy dọc lên
gặp công tắc hành trình B thì dừng lại. khi đó động cơ 1 hoạt động với vận
tốc v2 chạy sang phải.


Đồ án chuyên môn tự động hóa
 Khi dầm bên chạm vào công tắc hành trình A thì động cơ 1 đảo chiều quay
với vận tốc v1 sang phải. Quá trình lặp đi lặp lại đến khi ta ấn stop để dừng
hệ thống.
 Sơ đồ grafcet