Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Số : Đề 13
Giáo viên hướng dẫn:

Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Họ và tên SV :

Hồ Thị Hiền
Lê Văn Hiếu

Lớp:

Điện 4

Khoá :

7

Khoa:

Điện

NỘI DUNG
Nghiên cứu thiết kế hệ truyền động điện cho cầu trục 2 dầm kiểu hộp có số liệu
Tải trọng nâng
: G = 1250 kg


Ngày giao đề : 26/8/2015

Ngày hoàn thành : 30/11/2015
1

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

2
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa
MỤC LỤC


nhắm mục đích cho sinh viên tiếp xúc làm quen với các hệ thống cần trục rải liệu. Sử
dụng những phương pháp tổng hợp hệ thống đã học vào thực nghiệm, làm quen với
các thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạch điều khiển. Trang bị cho chúng ta
những kiến thức cơ bản trước khi ra trường.
Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong Bộ
môn và ý kiến của các bạn, em đã hoàn thành được bản đồ án này. Nhưng do thời
gian tương đối ngắn và kinh nghiệm còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi
thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo thạc
sĩ Nguyễn Đăng Toàn và sự góp ý của các bạn sinh viên.

4
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẦU TRỤC VÀ LỰA
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.1
Giới thiệu về công nghệ và chức năng của cầu trục
Cầu trục 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, cần trục được chia ra làm hai loại:
-


GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


-

Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án chuyên môn tự động hóa
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 cấu khi
chúng vượt quá giới hạn cho phép.

-

Khi có sự cố, phải có khả năng điều chỉnh hệ thống về vị trí ban đầu để chuẩn bị tiến
hành một chu trình làm việc mới.

-

Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và điều khiển phải làm việc tin
cậy trong các điều kiện của môi trường nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận
hành.
Sơ đồ công nghệ của hệ thống cầu trục

1.2

Lựa chọn công nghệ
-



Cơ cấu thiết kế được dùng tời và móc .

-

Tời nâng gồm có động cơ điện, hộp giảm tốc, tang và cáp nâng .

+ Động cơ điện có hai loại động cơ điện một chiều và động cơ xoay chiều.
Động cơ xoay chiều 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với công suất,
tính bền cao, momen khởi động lớn, dễ đảo chiều. Bên cạnh đó ta có động cơ một
chiều : là loại động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng , khi
làm việc đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng , giá thành cao, khi lắp đặt
cần thêm bộ chỉnh lưu khá phức tạp. Trên những ưu khuyết điểm của hai động cơ điện
xoay chiều và động cơ điện 1 chiều ta thấy được động cơ điện xoay chiều tuy tích chất
thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện một chiều nhưng với tính thông dụng, bền và
kinh tế hơn thì những khuyết điểm của động cơ này vẫn chấp nhận được. Vậy khi thiết
kế cầu trục hai dầm này ta dùng động cơ điện một chiều phù hợp .
1.4
Động cơ điện 1 chiều
1.4.1

Khái niệm

Là máy điện 1 chiều hoạt động theo chế độ động cơ khi E < U. Động cơ điện
một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận tải và nói
chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng
(máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện…).
1.4.2

Phân loại


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

-Stato (phần cảm): gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa làm mạch từ vừa là vỏ
máy. Các dây quấn kích từ.
-Roto(phần ứng): Roto của máy điện một chiều gọi là phần ứng, gồm lõithép
và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm bằng cọc lõi thép kỹ thuật điện
ghép lại với nhau.Các lá thép được dập có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn
phần ứng.Mỗi phần tử của dây quấn, phần ứng có chiều vòng dây, hai đầu với
hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn đặt trong hai rãnh dưới
hai cực khác tên.
-Cổ góp và chổi than :
Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn
ở đầu trục roto.Các đầu dây của phần tử nối với phiến góp.
Chổi than (chổi điện) làm bằng than graphit.Cọc chổi than tì chặt lên cổ góp nhờ
lò xo và giỏ chổi điện gắn trên nắp máy.
1.4.4

Nguyên lý làm việc động cơ điện 1 chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấn phần
ứng có dòng điện I ư . Cọc thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ
chịu lực Fđt tác dụng làm cho roto quay, chiều lực xác định theo quay tắc bàn tay
trái.

8
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn


tới
lưới
điện.
Để giảm dòng điện mở máy, đạt I mở = (1,5 2) Iđm , ta dùng có biện pháp sau :
-Dựng biến trở mở máy : mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng. Lúc đầu để
điện trở mở máy R mở lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên, sức điện
9
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội
Đồ án chuyên môn tự động hóa
động Eư tăng và điện trở mở máy giảm dần đến 0, máy làm việc đúng điện áp
định mức.
-Giảm điện áp đặt vào phần ứng : Phương pháp này được sử dụng khi có một
chiều có thể điều chỉnh điện áp, ví dụ trong máy phát động cơ, hoặc nguồn một
chiều chỉnh lưu.
Cần chỳ ý rằng momen mở máy lớn, lỳc mở máy phải có từ thông lớn nhất, vì thế
các thông số mạch kích từ phải điều chỉnh sao cho dòng điện kích từ lúc mở máy
lớn nhất.
1.5

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt
hơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ một cách
dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất
lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.

w
wo
TN
10
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa
12
2
M
Mc

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng
do thêm Rp nên tổn hao tăng, không kinh tế.
•

Điều khiển từ thông:
Điều chỉnh từ thông kích thước của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
M = K ΦI u

Eu = K Φω

moment điện từ của động cơ
và sức điện động quay của động cơ
. Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi giới hạn của

Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

12
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

w
wo
w1

TN

w2

1
M

1.6

Mc

Động cơ điện một chiều kích từ song song

2.1.1 Lựa chọn các thông số

Do hệ thống làm việc ở chế độ trung bình, ta chọn các thông số cần thiết cho tính
toán như sau:
Tải trọng nâng

: G = 125000 N

Trọng lượng bộ phận mang tải: = 2500 N
Vận tốc nâng

: vn = 12 m/phút

Vận tốc di chuyển xe lăn
Tầm rộng

: vxe = 40m/phút

: L = 40 m
14

GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa


n – tốc độ quay của động cơ

là tốc độ nâng tải
Trong các công thức trên, hiệu suất lấybằng định mức khi tải bằng định mức.
Ứng với các tải trọng khác định mức, xác định theo hệ số mang tải:
Công suất động cơ cần thiết để nâng vật là :

Khi nâng không tải

15
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Công suất động cơ phát ra khi nâng không tải là :

2.1.3 Phụ tải tĩnh khi hạ tải

Có hai chế độ hạ tải:
- Hạ động lực
-

Hạ hãm

Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ.Khi đó momen do tải trọng gây ra không

hãm. Khi tải trọng tương đối nhỏ (ηc
dòng điện trong mạch thiết kế, ngoài ra còn phải có thêm các yêu cầu về nhiệt độ
ổn định, làm việc được lâu dài, kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt ,thay thế khi có
hỏng hóc và phải có giá thành hợp lý.
2.3.1

Lựa chọn cầu chì, cầu dao
Cụng suất động cơ = 10 (KW)
Điện áp động cơ
Udm = 400 V- DC
ndm=972 vòng/phút

ᶯdm = 0,85
Chọn cầu chì
Dòng điện định mức của động cơ
I dm = = = 29,41 ( A ).
Chọn cầu chì có I 1,25 I dm
I 1cc=I2cc= 1,25 Idm = 1,25 29,41= 36,7625( A )
Chọn loại cầu chì 1CC và 2CC có I dm = 50( A )
Udm = 400 ( V-DC)
Cầu Chì Bussmann FWH-100A

-Cầu chì Bán dẫn Bussmann / Origin Mexico
-Model: FWH-100A
-Dòng điện định mức: 100A
-Điện áp định mức: 500VAC/DC
19
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13



3 Pha

Dòng điện (A) :

50

Tiếp điểm :

2NC+2NO

Điện áp cuộn coil :

220V

Xuất xứ :
Kích Thước

Hàn Quốc

20
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

2.3.3




Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
3.1 Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Thông tin:

-

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
Có 14 cổng vào, 10 cổng ra.
Có thể thêm vào 14 modul mở rộng kể cả modul Analog.
Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37afs
Có 256 timer , 256 counter, cọc hàm số học trên số nguyên và số

-

thực.


thực hiện chương trình nạp ở trong máy.
-STOP ( đèn vàng) :Đèn vàng báo PLC đang ở chế độ tắt, chương trình đang
dừng hoạt động.
-Ix.x( đèn xanh) chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x. Đèn sáng tương
ứng mức logic 1
-Qx.x( đèn xanh) chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x. Đèn sáng tương
ứng mức logic 1

24
GVHD: Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Nhóm 13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án chuyên môn tự động hóa

Cách đấunốiđầuvàoraPLC:

3.2 Thiết kế mạch điều khiển và mạch lực
3.2.1 Quy trình công nghệ

Cấp điện cho toàn bộ hệ thống làm việc. Ấn nút M hệ thống hoạt động, tác động
vào công tắc hành trình A, động cơ Đ1 di chuyển sang phải với vận tốc V1