BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA KHOA ĐIỆN
Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho công nghệ máy vận chuyển
Môn: Đồ án chuyên môn tự động hóa
Giáo viên hướng dẫn:NGUYỄN ĐĂNG KHANG
Sinh viên thực hiện: 1 TRẦN QUỐC DŨNG-0741040038
2 VŨ HOÀNG DŨNG-0741040059

Hà Nội

1


NỘI DUNG
Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực cho công nghệ máy vận
chuyển
Cho công nghệ như hình vẽ:
A
m

T

X

P

B



A3

1

PHẦN THUYẾT MINH
Chương 1: Tổng quan chung về công nghệ
Chương 2:Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực ( có đầy đủ các thiết bị bảo vệ )
Chương 3:Tính chọn thiết bị
Chương 4: Kết luận
MỤC LỤC
2


Chương I: Tổng quan chung về công nghệ
1. Giới thiệu về công nghệ và chức năng của máy vận chuyển………………5
2. Lựa chọn công nghệ………………………………………………………..6
3. Động cơ 1 chiều KTĐL…………………………………………………….7
4.Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều ………………………….11
5.Khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập …………………………….14
6. Các phương pháp điềchỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều…………………..16
7. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY……………………..20
Chương II: Thiết kế mạch điều khiển, mạch lực
1. Quy trình công nghệ………………………………………………………22
2. Thuật toán điều khiển logic………………………………………………..23
Chương 3:Tính chọn thiết bị
1. Lựa chọn cầu chì, cầu dao …………………………………………………26
2. Công tắc hành trình dạng xung …………………………………………….39
ket luan……………………………………………………………………….. 31


1. Giới thiệu về công nghệ và chức năng của máy vận chuyển.
Máy vận chuyển là thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hàng hoá thiết bị dùng
trên công trường xây dựng, trong nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ khí lắp
ráp, trong hải cảng... Theo chức năng, máy vận chuyển được chia ra làm hai
loại:
- Máy vận chuyển được dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao.
- Máy vận chuyển lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí để lắp ghép
các chi tiết máy móc với yêu cầu chính xác cao.
Máy vận chuyển trong bài có thể di chuyển phụ tải theo hai phương: phương
nằm ngang và phương thẳng đứng nhờ vào hệ thống truyền động đặt trên cần
trục.
Chế độ làm việc của các cơ cấu vận chuyển được xác định từ các yêu cầu của
quá trình công nghệ, chức năng của máy vận chuyển trong dây truyền sản xuất.
Nhìn chung, các thiết bị điện máy vận chuyển làm việc trong chế độ ngắn hạn
lặp lại, dễ bị quá tải nhiều, tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi
mở máy, hãm và đảo chiều...
Từ những đặc điểm của hệ thống máy vận chuyển, có thể đưa ra các yêu cầu
công nghệ cơ bản của hệ thống máy vận chuyển:
- Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động phải đơn giản. Các phần tử cấu
thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo và thay thế dễ dàng. Cầu trục phải
được bảo vệ chống quá tải và chống ngắn mạch bằng cầu chì trong mạch động
lực
- Quá trình mở máy diễn ra theo một luật đã được định sẵn. Sơ đồ điều khiển
chung cho cả hai động cơ.
- Đảm bảo ở tốc độ thấp và dừng chính xác.
5


- Để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ điều khiển
nhất thiết phải dùng các công tắc hành trình để hạn chế sự chuyển động của cơ

- Bộ truyền động: Toàn bộ chuyển động do hai động cơ 1 chiều kích từ độc
lập
Động cơ 1 cho phép chuyển động theo phương nằm ngang: sang phải hoặc
sang trái.
Động cơ 2 cho phép chuyển động theo phương thẳng đứng: xuống dưới và
lên trên.
6


- Bộ công tắc hành trình dạng xung: các công tắc hành trình tự phục hồi
A,B,C
- Mạch điều khiển: các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm.
3. Động cơ 1 chiều KTĐL
3.1.Khái niệm
Động cơ điện một chiều là loại máy điện biến điện năng dòng một chiều thành
cơ năng .
Ở động cơ một chiều từ trường là từ trường không đổi.Để tạo ra từ trường
không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện được cung
cấp dòng điện một chiều.
Động cơ điện một chiều được phân loại theo kích từ thành những loại sau:
+Kích từ độc lập
+Kích từ song song
+Kích từ nối tiếp
+Kích từ hỗn hợp
Công suất lớn nhất của máy điện một chiều vào khoảng 5-10 MW. Hiện tượng
tia lửa ở cổ góp đã hạn chế tăng công suất của máy điện một chiều. Cấp điện áp
của máy một chiều thường là 120V, 240V, 400V, 500V và lớn nhất là 1000V.
Không thể tăng điện áp lên nữa vì điện áp giới hạn của các phiến góp là 35V.
3.2.Cấu tạo
Giống như những máy điện quay khác nó cũng gồm phần đứng im (stato) và

cuộn dây cách điện.
+ Cuộn dây kích từ làm bằng dây đồng có tiết diện tròn, cuộn dây được tẩm sơn
cách điện nhằm chống thấm nước và tăng độ dẫn nhiệt.
Để tản nhiệt tốt cuộn dây được tách ra thành những lớp, đặt cách nhau một rãnh
làm mát.
b) Cực phụ
Cực phụ nằm giữa các cực chính , thông thường số cực phụ bằng ½ số cực
chính số cực chính. Lõi thép cực phụ (2) thƣờng là bột thép ghép lại, ở những
máy có tải thay đổi thì lõi thép cực phụ cũng đƣợc ghép bằng các lá thép. cuộn
dây 3 đặt trên lõi thép 2. Khe khí ở cực phụ lớn hơn khe khí ở cực chính.
c) Thân máy
Thân máy làm bằng gang hoặc thép, cực chính và cực phụ được gắn vào thân
máy. Tuỳ thuộc vào công suất của máy mà thân máy có chứa hộp ổ bi hoặc
không. Máy có công suất lớn thì hộp ổ bi làm rời khỏi thân máy. Thân máy
được gắn với chân máy. Ở vỏ máy có gắn bảng định mức với các thông số sau
đây:
+ Công suất định mức Pđm
+ Tốc độ định mức nđm
+ Điện áp định mức Uđm
+ Dòng điện định mức Iđm
+ Dòng kích từ định mức Iktđm
+ Hiệu suất động cơ η

9


d) Rôto
Rô to của máy điện một chiều là phần ứng. Ngày nay người ta dùng chủ yếu là
loại rôto hình trống có răng được ghép lại bằng các lá thép điện kỹ thuật. Ở
những máy công suất lớn người ta còn làm các rãnh làm mát theo bán kính (các



- Trong hình vẽ các dây dẫn cuộn ứng ở nửa trên rotor có dòng điện hướng

vào,còn các dây dẫn ở nửa dưới của rotor có dòng điện hướng ra khỏi hình
vẽ.Từ lực F tác dụng vào các dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn
tay trái sẽ tạo ra mômen làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ.động cơ trên
có 2 cực từ hay một đôi cực (1 cặp cực, P=1)

12


Trong thời gian động cơ làm việc,cuộn cảm tạo ra từ trường Φd dọc trục cực từ
và phân bố đối xứng với cực từ.Mặt phẳng OO trên đó có đặt chổi than, vừa là
mặt phẳng chung tính vật lý .Đồng thời dòng điện trong cuộn ứng cũng tạo ra từ
trường riêng Φn hướng ngang trục cực từ .Từ trường tổng cộng trong động cơ
mất tính chất đối xứng dọc trục (hình c) và mặt phẳng trung tính vật lý quay đi
một góc Φ (ngược chiều quay của rotor)so với mặt phẳng trung tính hình học.
- Khi mà dòng điện trung tính càng mạnh thì Φn càng mạnh và góc quay β càng
lớn.Khi đó ta có thể nói phản ứng phần ứng càng mạnh.
- Phản ứng phần ứng là một trong những nguyên nhân gây ra tia lửa điện giữa
chổi than và cổ góp cũng như giữa các lá góp trong cổp góp.Chúng ta có thể hạn
chế ảnh hưởng này nhờ xoay chổi than theo vị trí mặt phẳng trung tính vật lý.
(tức là theo góc β).Thông thường trong các động cơ điện một chiều hiện nay,
người ta thường thê cực từ phụ.
- Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và cuộn dây cực từ phụ sẽ tạo ra từ
trường ngang trục so cới từ trường chính và ngược chiều với từ trường Φn của
cuộn ứng để khử từ trường Φn .Nhờ vậy phản ứng phần ứng bị hạn chế và quá
trình chuyển mạch trong động cơ sẽ tốt hơn.
- Bởi vì rằng từ trường Φn gây ra phản ứng phần ứng tỉ lệ với dòng điện phần


= KΦdm Inm

14


Dòng điện mở máy của động cơ là rất lớn:

Imm = Inm =

= (10 20 ) Idm

Đối với động cơ có công suất càng lớn thì Rư thường có giá trị càng nhỏ và
khi ấy dòng điện Inm càng lớn. Điều này làm xấu chế độ chuyển mạch trong
động cơ, đốt nóng mạch động cơ và gây sụt áp lưới điện. Tình trạng này càng
xấu hơn nếu hệ truyền động điện thường xuyên phải mở máy, đảo chiều, hãm
điện thường xuyên như ở máy trục, máy can đảo chiều, thang máy lên xuống
.v.v..
Mmm = Mnm = KΦdm Inm
Sơ đồ mở máy động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập qua 1 cấp điện trở :

Vậy để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động cũng như
ảnh hưởng xấu đến lưới điện, phải hạn chế dòng điện khi mở máy, không cho
vượt qua giá trị:
Imm = (1,5 4 2,5) Iđm
Nghĩa là chúng ta cần phải thêm điện trở phụ như hình vẽ trên vào mạch
phần ứng sao cho :

15


Khi thay đổi điện áp U cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có họ đặc tính cơ ứng với
các tốc độ không tải khác nhau. Như ta biết điện áp chỉ có thể thay đổi về phía
giảm (U < Udm) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ .
Phương pháp này có những đặc điểm sau :
- Điện áp phần ứng càng giảm thì tốc độ động cơ càng nhỏ .
- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
- Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh .
- Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một momen là như
nhau . Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều
chỉnh .Do vậy sai số tốc độ tương đối ( sai số tĩnh ) của đặc tính cơ thấp nhất
không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh .
- Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể : D ~ 10 : 1
- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm ( vì chỉ có thể thay đổi với Uư< Idm )
- Phương pháp này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra.
17


6.2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng

Khi tăng điện trở mạch phần ứng , đặc tính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên
tốc độ không tải lý tưởng.
Đặc điểm của phương pháp này là:
- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn ( càng mềm),
độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.
- Phương pháp này cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm ( do chỉ có thể tăng
thêm điện trở ).
- Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng nên tổn hao công
suất dưới dạng nhiệt trên điện trở khi điều chỉnh là khá lớn .
- Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số momen tải . Tải càng nhỏ ( M1 ) thì dải điều
chỉnh D càng nhỏ . Nói chung phương pháp này cho : D ~ 5 : 1

kích từ với dòng kích từ là ( 1 ÷ 10%) dòng định mức của phần ứng . Tổn hao
điềuchỉnh thấp rất kinh tế.
7. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY.
-

Nguồn cấp: 85-264VAC. 47-63Hz
- Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm
- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words
- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words
- Bộ nhớ loại EEFROM
- Cú 14 cổng vào, 10 cổng ra.
- Cú thể thêm vào 14 modul mở rộng kể cả modul Analog.
- Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs
- Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyờn và sốn
thực.
- Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz
- Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.
- Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…
- Đồng hồ thời gian thực.
- Chương trình được bảo vệ bằng Password.
- Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị
mất điện.
- Xuất sứ: SiemensGermany
- Giá: 5.396.500 VND
20


Hinhf7.1 plc s7-200
CPU được cấp nguồn 220VAC. Tích hợp 14 ngõ vào số ( mức 1 là 24V DC,
mức 0 là 0 V- DC). 10 ngõ ra dạng relay.


X

L

X’

B

22

L’


Cấp điện cho toàn bộ hệ thống làm việc. Ấn nút m hệ thống hoạt độ ng,
động cơ Đ1 di chuyển xuống dưới. Khi gặp công tắc hành trình B lần thứ
nhất động cơ Đ1 quay ngược lại, di chuyển lên trên và gặp công tắc hành
trình A lần thứ nhất rồi dừng lại. Đồng thời, động cơ Đ2 di chuyển sang
phải gặp công tắc hành trình C lần thứ nhất rồi dừng lại. Đồng thời động
cơ Đ1 hoạt động, di chuyển xuống dưới lần thứ hai đến vị trí gặp công
tắc hành trình B lần thứ hai động cơ Đ1 di chuyển lên trên lần thứ hai
đến vị trí gặp công tắc hành trình C lần thứ hai thì dừng. Đồng thời động
cơ Đ2 di chuyển sang trái đến vị trí gặp công tắc hành trình A lần thứ
hai. Kết thúc một chu trình hoạt động.
2. Thuật toán điều khiển logic
-Tín hiệu vào:
m: tín hiệu ban đầu
A,B,C,: là các tín hiệu dạng xung của công tắc hành trình giúp điều
khiển chiều quay của động cơ
-Tín hiệu ra: