Bài giảng Trang bị điện - điện tử - Bài 2: Trang bị điện - điện tử cầu trục - Lê Minh Hà

Trang bị địên-điện tử 
Bài số 2 : 
Trang bị điện - điện tử 
cầu trục
GV : Lê Minh Hà
Bộ môn : TĐH XNCN
Trang bị điện-điện tử cầu trục
 Nội dung :
 Những đặc điểm cơ bản của cầu trục
 Yêu cầu về truyền động điện
 Yêu cầu về trang bị điện
 Một số sơ đồ điều khiển cầu trục điển hình
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 I. Những đặc điểm cơ bản :
 1. Khái niệm chung :
 Khái niệm 
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 Lĩnh vực sử dụng :
 Xây dựng công nghiệp
 Nhà máy cơ khí
 Xí nghiệp luyện kim
 Hải cảng
 
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
2.Phân loại
 Theo đặc điểm cấu tạo : 
 Kiểu cầu
 Hình cổng
 Kiểu tháp
 Theo chức năng :
 Cầu trục vận chuyển
 Cầu trục lắp ráp
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 Theo chế độ làm việc :
 Loại nhẹ : TĐ % = 10%-15%, t = 60 lần/h
 Loại trung bình: TĐ % = 15%-25%, t = 120 lần/h
 Loại nặng : TĐ % = 25%-40%, t = 240 lần/h
 Loại rất nặng : TĐ % = 40%-60%, t ≥240 lần/h
 Theo trọng tải :
 Loại nhẹ : nhỏ hơn 5 tấn 
 Loại trung bình : 10 -30 tấn
 Loại lớn : lớn hơn 30 tấn
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 3.Cấu tạo của cầu trục
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 Xe cầu
 Xe con 
 Cơ cấu nâng hạ
 Cơ cấu phụ khác :
 Cơ cấu lấy hàng
 Cơ cấu cân bằng
 
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 4. Những thiết bị chuyên dùng trong cầu 
trục :
 a. Phanh hãm điện từ : có chức năng dừng các 
cơ cấu, giữ hàng hóa chắc chắn. Thường có 3 
loại :
 Phanh hãm điện từ kiểu guốc
 Phanh hãm điện từ kiểu đai
 Phanh hãm điện từ kiểu đĩa
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 Nguyên lý làm việc : 
 Khi cuộn dây phanh hãm của nam châm được đóng vào 
lưới điện, lực hút của nam châm thắng lực cản của lò xo 
làm cho má phanh giải phóng cổ trục của động cơ
NC
G
Đc
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 Bộ tiếp điện :
 Để cấp điện cho các cơ cấu di chuyển trên xe cầu 
người ta sử dụng một thiết bị đặc biệt gọi là bộ tiếp 
điện :
 Bộ tiếp điện cứng : dùng cho cầu trục trọng tải lớn, cung 
đường di chuyển dài.
 Bộ tiếp điện mềm : dùng cho cầu trục có trọng tải nhỏ, 
cung đường di chuyển ngắn.
Trang bị địên-điện tử cầu trục
I. Những đặc điểm cơ bản
 c. Bộ khống chế
 Bộ khống chế dùng để điều khiển các chế độ 
làm việc của động cơ truyền động : mở máy, 
đảo chiều, hãm dừng 
 Bộ khống chế gồm hai loại :
 Bộ khống chế động lực : các tiếp điểm đóng cắt trực 
tiếp mạch lực.
 Bộ khống chế từ : gồm bộ khống chế chỉ huy và hệ 
thống Relay, contactor
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
 II. Yêu cầu truyền động
 1. Đặc điểm công nghệ 
 Cầu trục làm việc ở điều kiện môi trường khắc 
nghiêt:
 Nhiệt độ thay đổi nhiều
 Không khí có độ ẩm lớn
 Môi trường nhiều bụi, chất ăn mòn
 
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
 Chế độ làm việc nặng nề :
 Số lần đóng cắt lớn
 Thường xuyên bị quá tải
 Momen tải thay đổi trong một dải lớn :
 Lúc nâng không tải M = 15%-20% Mđm
 Nâng có tải M= 150% Mđm
 Phải có khả năng tăng tốc và giảm tốc êm
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
 2.Yêu cầu truyền động
 Động cơ truyền động phải có độ bền cao
 Momen quán tính nhỏ
 Tốc độ động cơ thấp ( 1000-1500v/ph) nhằm 
mục đích giảm thời gian quá độ, nâng cao hiệu 
suất.
 Có khả năng quá tải lớn
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
 Phạm vi điều chỉnh tốc độ đủ lớn.
 Tốc độ nâng ½ tải : 1,5÷1,7 Vđm
 Tốc độ nâng không tải : 3÷ 3,5 Vđm
 Tốc độ hạ tải : 2÷2,5 Vđm
 Động cơ truyền động phải có khả năng đảo 
chiều quay
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
 3.Chế độ làm việc của động cơ truyền động
 a. Cơ cấu nâng hạ
ω
M
A
2
B
1
0
C
A’
A’’
D
Mc
ω0
-ω0
C
D
3
4
5
ω
M
Mc
ω
Mc
M
ω
M
v
v
v
v
ω
M
Mc
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
 Góc phần tư thứ nhất : Quá trình nâng tải : momen 
động cơ sinh ra và tốc độ quay cùng chiều
 Góc phần tư thứ 2 : Quá trình hãm dừng : giai đoạn 
này có thể thực hiện hãm tái sinh kết hợp với hãm 
động năng.
 Góc phần tư thứ 3 : Đây là quá trình hạ không tải do 
momen tải không thắng được momen cản do masat 
sinh ra nên động cơ phải sinh năng lượng để hạ tải ( 
còn gọi là hạ động lực).
 Góc phần tư: Quá trình hạ có tải do momen tải có 
giá trị lớn nên động cơ phải sinh ra momen hãm 
(còn gọi là hạ hãm)
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
 b. Cơ cấu di chuyển
ω
M
A
2
B
1
0
C
A’
A’’
D
Mc
ω0
D
3
4
ω
M
Mc
ω
M
Trang bị địên-điện tử cầu trục
II. Yêu cầu truyền động điện
 Góc phần tư thứ nhất : Quá trình kéo tải : momen 
động cơ sinh ra và tốc độ quay cùng chiều
 Góc phần tư thứ 2 : Quá trình hãm dừng : giai đoạn 
này có thể thực hiện hãm tái sinh kết hợp với hãm 
động năng.
 Góc phần tư thứ 3 và 4 hệ truyền động làm việc 
hoàn toàn giống như góc phần tư thứ 1 và thứ 2
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 1.Giới thiệu chung:
 Xe cầu
 Xe con
 Cơ cấu nâng hạ
 Buồng lái
 Trang bị điện trong
cầu trục
 Khối nguồn
 EE-house
 Động cơ
 Cảm biến theo dõi
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Động cơ truyền động :
 Là động cơ không đồng bộ do 
Siemens sản xuất : 1LG4 và 1LG6
 Máy phát:
 Động cơ diezel
 Cummins QSX 15
 Scania DC 1643/1642
 Volvo TAD1641GE
 Máy phát đồng bộ :
 Stamford HCL 1534
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Tủ điều khiển :
 MBA, biến dòng
 PLC
 Các bộ biến đổi (U1,U2,U3) 
 Công tắc tơ rơle
 Bảng điều khiển, hiển thị
 Thiết bị truyền thông, liên lạc 
 
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Cơ cấu cân bằng :
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 2. Hệ truyền động
 Hiện nay các thiết bị lực, điều khiển được sản 
xuất thành gói sản phẩm hoàn chỉnh.
 Tùy thuộc yêu cầu điều khiển có thể lựa chọn 
loại mạch lực và mạch điều khiển phù hợp
 Tùy thuộc vào công suất động cơ để chọn công 
suất bộ biến đổi.
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Cấu trúc điều khiển động cơ :
 Khối chỉnh lưu : biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều.
 DC-link : khâu trung gian một chiều
 Inverter : biến đổi công suất một chiều thành xoay chiều. 
 Control Unit : điều khiển đóng cắt Transitor.
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Cấu trúc điều khiển có khâu trung gian một 
chiều được sử dụng rộng rãi do:
 Chế tạo mạch điều khiển đơn giản
 Thuật toán biến điệu trực tiếp hiện nay chưa 
hoàn thiện
 Nhược điểm khi sử dụng bộ biến đổi có khâu 
trung gian một chiều là tổn hao trên thiết bị lớn
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Cấu trúc điều khiển xe con, cơ cấu nâng hạ 
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Cấu trúc điều khiển xe cầu
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Dòng năng lượng trong quá trình làm việc 
bình thường
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Dòng năng lượng khi động cơ làm việc ở 
chế độ hãm
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Chi tiết bộ biến đổi
 Chỉnh lưu cầu
 Nghịch lưu IGBT
 DC link 
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 IGBT
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 a.Biến tần
 Là thiết bị biến đổi tần
số lưới sang tần số mong
muốn
 Thường có Panel điều
khiển riêng
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Sơ đồ điều khiển
 Cấu trúc biến tần Simovert:
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Sơ đồ nối dây đầu vào số
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Vào / ra tương tự
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Khối truyền thông
 RS 232
 RS 485
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Các tín hiệu đo lường:
 Tacho
 Encoder
 Nhiệt độ
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 PLC
 Là thiết bị điều khiển logic khả trình
 Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do 
khả năng mở rộng và thay đổi dễ dàng
 Là trung tâm xử lý của hầu hết các hệ điều 
khiển hiện trường
 
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 PLC điều khiển hoạt động của hệ thống
 PLC giữ vai trò trung
tâm
 Các thiết bị ghép nối 
PLC qua mạng
Profibus-DP 
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 S7-300 được sử dụng như là PLC cơ bản
trong hệ thống cầu trục RTG
 S7-300 hỗ trợ một lượng lớn các đầu vào
ra
 S7-300 được module hóa và có thể mở
rộng
 Hệ thống đầu vào/ra được chia thành các
module riêng. Chúng được liên kết tới
CPU theo đường truyền thông Profibus-
DP
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Phần cứng S7-300 dùng trong RTG gồm có một một 
module CPU và các module mở rộng.
 Module CPU được đặt ở tủ thiết bị điện điện tử (EE-
House)
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 PLC được đặt trong tủ điện gồm :
 1 modul nguồn
 1 modul CPU
 3 modul đầu vào số,mỗi modul 32 cổng
 3 modul đầu ra số 8/16/32 cổng
 1 modul truyền thông
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Khối điều khiển xe con
 1 modul nguồn
 2 modul giao diện ghép nối IM135 và IM356
 2 modul đầu vào số,mỗi modul 32 cổng
 1 modul đầu vào số16 cổng
 2 modul đầu ra số,mỗi modul 16 cổng
 1 modul đầu vào tương tự 2 cổng
 1 modul ghép nối với bộ phận nâng hạ tải
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 c. Mạng truyền thông :
 RS 232
 RS 485
 CAN
 PROFIBUS-DP
 GPS 
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Chuẩn truyền thông RS 232:
 Phương thức truyền nối tiếp
 Truyền thông bất đối xứng :
 Mức 0 : 3V ÷ 15V
 Mức 1 : -15V÷ -3V
 Chiều dài đường truyền : 50m
 Tốc độ truyền 9600 kbps
 Truyền điểm-điểm
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Chuẩn truyền thông RS 485:
 Truyền thông nối tiếp
 Truyền thông đối xứng ( chênh lệch điện áp giữa 2 dây)
 Chiều dài đường truyền : 1200m
 Tốc độ 10Mb/s
 Truyền nhiều điểm.
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Chuẩn truyền thông CAN :
 Phương thức truy nhập bus : CSMA/CA
 Cấu trúc mạng thường dùng là đường trục/đường 
nhánh.
 Tốc độ tối đa 1Mb/s ở khoảng cách 40m và 50kb/s ở 
khoảng cách 1000m
 Khi cần dữ liệu một trạm sẽ đưa ra khung yêu cầu 
(remote frame), trạm tương ứng sẽ trả lại khung dữ liệu
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Chuẩn truyền thông Profibus-DP
 Phương thức truy cập bus : Token passing
 Cho phép truyền trên nhiều loại đường dẫn
 Tốc độ cao : có thể lên tới 12Mb/s
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Hệ thống định vị toàn cầu :
 Gồm 24 vệ tinh (21 hoạt động và 3 dự phòng)
 Các thiết bị thu tín hiệu có thể nhìn thấy tối 
thiểu 4 vệ tinh tại bất kỳ thời điểm nào
 Vệ tinh phát tín hiệu vô tuyến đến máy thu, từ 
đó máy thu tính toán xác định được vị trí.
 GPS dân sự sử dụng sóng có tần số 
1575.42MHz ( UHF)
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 d.Sơ đồ nối dây :
 a. Phần lực :
 Máy phát 
 Chỉnh lưu
 Nghịch lưu
 Động cơ điều khiển xe cầu ( Gantry)
 Động cơ điều khiển xe con ( Trolley)
 Động cơ điều khiển cơ cấu nâng hạ ( Hoist)
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Máy phát :
 Đồng bộ
 Điện áp 400V
 Tần số 50 Hz
 Đo lường :
 Dòng điện
 Điện áp
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Chỉnh lưu :
 MCB
 Cuộn cảm đầu vào
 Chỉnh lưu ( U5)
 Quạt gió
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Động cơ truyền động xe cầu :
 Động cơ KĐB
 Cảm biến đo di chuyển, góc
 Phanh hãm
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Nghịch lưu điều khiển động cơ xe cầu :
 Nghịch lưu
 Quạt gió
 Đầu vào ra tương tự, số 
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 PLC điều khiển trung tâm:
 CPU
 I/O
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 PLC xe con :
 Modul giao tiếp M153
 I/O
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Cầu trục RTG- Kalmar
 Mạch dừng khẩn cấp
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Sơ đồ điều khiển
 Mạch vòng điều khiển ;
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Sơ đồ điều khiển
 Đặt thời gian tăng giảm tốc
Trang bị điện-điện tử cầu trục
III. Sơ đồ điều khiển
 Hệ thống đặt thời gian tăng giảm tốc cho 
phép :
 Giới hạn khoảng thời gian thay đổi tốc độ
 Giới hạn tốc độ lớn nhất
 Giới hạn tốc độ nhỏ nhất
 Giới hạn gia tốc, độ giật
 .