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

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.

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

- 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

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

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

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

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

- 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

- 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