bien tan

Trang chủ Biến tần Giải pháp điều khiển nâng hạ, truyền động hệ thống cân trục tháp dùng biến tần Hyundai N700 Series và PLC S7-300 (Phần I)

Giải pháp điều khiển nâng hạ, truyền động hệ thống cân trục tháp dùng biến tần Hyundai N700 Series và PLC S7-300 (Phần I)

Email In PDF.
Giới thiệu chung.

Cần trục tháp nâng hạ và dịch chuyển, cơ cấu quay là một loại thiết bị có đặc tính tải nặng nề, hoạt động đòi hỏi chính xác với độ an toàn cao.

Trước đây người ta thường dùng động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn cho bài toán thay đổi tốc độ dựa trên phương pháp thay đổi các cấp điện trở phụ rôto. Do đó, bài toán này không được giải quyết triệt để vì đặc tính điều khiển vẫn là theo cấp và mặt khác vì sử dụng động cơ rôto dây cuốn nên thiết bị điều khiển cồng kềnh, giá thành cao do động cơ khó chế tạo, chi phí bảo dưỡng lớn do sử dụng cổ góp-chổi than,..

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điện tử đã cho phép chế tạo ra các bộ biến tần bán dẫn điều khiển động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc với rất nhiều ưu việt, nó đã dần dần thay thế các phương thức cổ điển trên.

Với sự tính toán và lựa chọn hợp lý, Chúng tôi đã ứng dụng rất thành công biến tần Hyundai vào bài toán điều khiển cầu trục nói chung và cần trục tháp nói riêng

Đặc tính kỹ thuật của biến tần Hyundai N700V Series

Hyundai N700V Series là bộ biến tần AC. Chúng biến động cơ AC trở thành bộ truyền động có thể thay đổi được tốc độ với độ chính xác cao. Các dòng biến tần này được thiết kế để sử dụng trên toàn cầu. Chúng phù hợp với tất cả các nguồn điện áp cung cấp từ 230 V tới 690 V và được kiểm nghiệm trên toàn thế giới.

Hyundai N700V Series là một hệ thống nền tảng. Chúng được chia thành những mô-đun khác nhau phù hợp với từng loại ứng dụng và có thể sử dụng được trong mọi lĩnh vực công nghiệp. Chúng có bộ điều khiển vòng hở tối ưu cho mọi nhu cầu, và có bộ điều khiển véc-tơ vòng kín cho khả năng đáp ứng tải động tốt nhất.

Hyundai N700V Series được thiết kế một cách hoàn toàn thống nhất: Chúng có bộ vận hành điều khiển giống nhau, chúng có thể được kết hợp lại với nhau thành một khối theo yêu cầu, các phiên bản điều khiển khác nhau của mỗi phần tử là như nhau và có thiết kế đồng nhất (có khả năng lắp lẫn). Chúng cho các giải pháp tối ưu ở cả chế độ điều khiển đơn lẻ  hoặc chế độ điều khiển tập trung.

Các đặc tính chính như:

  • Vận hành mạnh mẽ với chế độ điều khiển Véc-tơ tiên tiến cho mômen khởi động lớn, bằng 200% định mức hoặc lớn hơn,
  • Chế độ Véc-tơ triệt tiêu sự biến động vòng quay tại tốc độ thấp, nâng cao sự ổn định và độ chính xác của quá trình làm việc,
  • Điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ trong dải tần số từ 0 đến 600 Hz,
  • Phù hợp với từng loại động cơ trong dải công suất từ 2.2 đến 6000 kW,
  • Điện áp cấp: 3 AC 380 V tới 480 V, 500 V tới 600 V, 660 V tới 690 V
  • Chế độ làm việc cả 4 góc phần tư.
  • Khả năng chịu quá tải cao: 200% trong vòng 3s.
  • Có mạch hãm tái sinh để hãm dừng động cơ, với lựa chọn theo phương pháp truyền thống là hãm động năng tiêu tán năng lượng trên điện trở nhiệt công suất
  • Khả năng truyền thông cao cấp thông qua USS protocol (RS485 tích hợp sẵn), PROFIBUS DP, CAN, SIMOLINK Card cho phép cấu hình từ máy tính hay những mô-đun ngoài sử dụng Bus trường, nên có khả năng giám sát và điều khiển từ máy tính hoặc PLC,
  • Đầy đủ các chức năng bảo vệ như: bảo vệ quá tải, quá dòng, bảo vệ quá tải điện trở hãm động năng, quá áp, sụt áp, mất pha, nhiệt độ thiết bị quá cao hoặc quá thấp, bảo vệ nhiệt động cơ, lỗi CPU, lỗi IGBT, phát hiện chạm mát đầu ra,…
  • Đầy đủ các chứng chỉ, chứng nhận như: IEC, EN, UL, CSA.

Hyundai N700V Series điều khiển Véc-tơ có sử dụng hoặc không sử dụng cảm biến tốc độ (encoder) nên phù hợp với nhiều loại tải khác nhau, đáp ứng được các tải đòi hỏi mômen khởi động lớn, điều kiện làm việc khắc nghiệt, đóng cắt liên lục, tốc độ ổn định, dừng chính xác như cầu trục, cần trục, gầu ngoạm và các thiết bị nâng hạ trong công nghiệp,…

bientan119591

Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển cho thiết bị nâng hạ

Bộ lập trình PLC

Sử dụng bộ lập trỡnh PLC tốc độ xử lý cao, chớnh xỏc trong điều khiển, an toàn và tin cậy trong quỏ trỡnh làm việc. PLC được lập trỡnh đỳng với yờu cầu cụng nghệ và sử thay đổi cụng nghệ và phương ỏn điều khiển cũng rất dễ dàng đối với ngươỡ kỹ thuật.

Thiết bị đo lường, bảo vệ

  • Loadcell: Bộ cân tảI trọng là một thiết bị quan trọng trong hệ thống cần trục tháp, với lựa chọn hợp lý, chính xác, thiết bị này giúp hệ thống bảo vệ an toàn trong trong quá trình điều khiển, thuận tiện cho người láI cẩu, với nhiều mức bỏo tải trọng, và ngắt quỏ tải khỏc nhau.
  • Hạn chế góc nâng cần: Để cần trục hoạt động an toàn, độ chính xác cao và hạn chế quá trình bảo dưỡng (Phương án sử dụng các công tắc hành trình, các cam được sử dụng trước đây) Chúng tôI sử dụng bộ sensor chuyên dùng.
  • Hạn chế góc quay: Sử dụng bộ hành trình chuyên dùng, với nhiều cấp bảo (bảo vệ quá trình giảm tốc, quá trình dừng an toàn,…)
  • Hạn chế chiều cao nâng: Sử dụng bộ hành trình chuyên dùng, với nhiều cấp bảo (bảo vệ quá trình giảm tốc, quá trình dừng an toàn,…)
  • Bộ đo tốc độ gió: Thay đổi nhiều cấp(tương ứng với chiều cao của cần trục), thuận tiện trong quá trình cài đặt.
  • Chống sét lan truyền.
  • Báo độ cao,…

Đặc điểm và nguyên lý làm việc của hệ thống.

Sơ đồ khối công nghệ:

Đặc điểm:

Với yêu cầu khắt khe của hệ thống cầu trục, cần trục đòi hỏi chất lượng làm việc và độ ổn định cao Chúng tôi sử dụng giải pháp hiện đại hóa và nâng cao khả năng đáp ứng và độ tin cậy cho các hệ thống cầu trục, cần trục của bạn bằng việc sử dụng biến tần Hyundai N700V Series (tham số điều khiển đóng mở phanh tối ưu cho điều khiển cầu trục) điều khiển vòng kín với các thông số kỹ thuật chính sau:

  • Chế độ điều khiển: Điều khiển Véc-tơ vòng kín có sử dụng Encoder phản hồi tốc độ cho cả cơ cấu nâng hạ.
  • Cấu hình điều khiển: Đây là cấu hình điều khiển phổ biến đang được sử dụng thông dụng ở các nước tiên tiến trên thế giới hiện nay cho ứng dụng cầu trục.
  • Kết hợp linh hoạt với bộ lập trình PLC SIEMEN tăng độ tin cậy trong quá trình điều khiển và hoạt động của thiết bị, giảm không gian lắp đặt.

Nguyên lý cơ bản:

Cơ cấu quay cẩu, đây là một loại tải nặng có sức ì lớn nên yêu cầu mômen khởi động lớn. Động cơ này điều khiển bởi bộ biến tần 22KW được tính toán theo mômen khởi động, giúp di chuyển nhẹ nhàng, êm dịu,kết hợp phanh cơ khi và bộ hãm điều khiển của biến tần nâng cao độ bền kết cấu cơ khí.

Cơ cấu nâng hạ vật và nâng hạ cần , hai cơ cấu này hoạt động tương đối giống nhau có đặc tính tảI giống nhau. Tải nâng hạ là một loại tải thế năng có yêu cầu mômen khởi động lớn. Các móc nâng-hạ sử dụng các bộ nghịch lưu với những tham số chuyên biệt cho ứng dụng nâng hạ.

Tất cả các hành trình nâng hạ, đóng mở gầu, xoay cẩu đều có gắn các công tắc giới hạn hành trình 2 vị trí để tự động giảm tốc độ và tự động dừng dịch chuyển khi đến vị trí giới hạn, và các sensor chyuên dùng.

  • Trong giai đoạn hãm dừng động cơ, nhờ mạch hãm tái sinh với thuật toán đặc biệt, năng lượng điện tái sinh trên điện trở năng lượng của tải được tiêu tán, giúp cho quá trình dừng động cơ theo ý muốn.
  • Biến Hyundai N700V Series với chế độ điều khiển véc-tơ có mạch vòng phản hồi tốc độ encoder giúp cho điều khiển và dừng động cơ chính xác và momen lớn khi hoạt động ở tốc độ thấp.

Ngoài ra, với chức năng điều khiển phanh cơ khí gắn ngoài chuyên dụng có sẵn trên biến tần sẽ phối hợp điều khiển một cách nhịp nhàng và mềm mại giúp chống được sự trôi tải ở đầu chu trình khởi động và cuối chu trình hãm.

Biến tần điều khiển 5 cấp tốc độ động nhờ các Joystick. Người vận hành có thể điều khiển riêng rẽ các cơ cấu truyền động.

Tất cả các động cơ được bảo vệ quá tải, quá dòng, quá áp, mất pha, lệch pha, bảo vệ nhiệt động cơ, nhờ các chế độ bảo vệ xử lý tức thời của biến tần.

Có thể quan sát được dòng điện, điện áp, công suất tải tiêu thụ, tốc độ quy đổi, chiều quay của động cơ,chiều cao nâng, góc nâng, tảI trọng của vật, các mã lỗi,…  bằng màn hình hiển thị.

Tính toán công sất cho biến tần

bientan219591

Hệ số Moomen cho biến tần nâng hạ :

T=k.Tn=1,5.359=538(Nm)

Lựa chọn biến tần cho cơ cấu nâng hạ vật:  90KW

bientan319591_copy

Hình 1.2: đặc tuyến quá tải cuả biến tần N700V Series

bientan419591

Biến tần cho cơ cấu nâng hạ cần:

  • Công suất động cơ (Pn): 30KW
  • Số vòng quay động cơ(nn): 1465 v/p
  • Tỷ số truyền(n1): 104.76
  • Tốc độ đầu ra hộp giảm tốc(n2): 14 v/p
  • Moomen đầu ra hộp giảm tốc(Tp): 3700 Nm
  • Moomen đầu ra của động cơ(Tn)
  • Dòng định mức của biến tần (IINVERTER)
  • Dòng định mức của động cơ(IMOTOR)
  • Hệ số lựa chọn biến tần cho cơ cấu nâng hạ: k=1,2 đến 1,5

Moomen định mức cho động cơ 30KW: 

Kiểm tra Moomen định mức cho biến tần 30KW:

bientan419510

bientan619510

Hệ số Moomen cho biến tần nâng hạ :

T=k.Tn=1,5.195= 292(Nm)

Lựa chọn cho biến tần cho cơ cấu nâng hạ cần:  45KW

bientan719510

Hình 1.3:đặc tuyến quá tải cuả biến tần KEB

Biến tần cho cơ cấu quay cần

Với cơ cấu quay cần, đòi hỏi chế độ hoạt động chính xác, êm dịu, và khả năng chống lắc, rung cần. Biến tần Hyundai đưa ra giảI pháp dừng mềm trong quá trình tăng và giảm tốc độ rất hiểu quả trong ứng dụng cần trục tháp.

Đặc tính tăng giảm tốc độ của biến tần cơ cấu quay cần giúp hoạt động êm ái:

bientan819510

Hình 1.4: Đặc tính tăng giảm tốc độ của biến tần cơ cấu quay cần giúp hoạt động êm ái:

  • Công suất động cơ (Pn): 15KW
  • Số vòng quay động cơ(nn): 1460 v/p
  • Tỷ số truyền(n1): 82.88
  • Tốc độ đầu ra hộp giảm tốc(n2): 18 v/p
  • Moomen đầu ra hộp giảm tốc(Tp): 8500 Nm
  • Moomen đầu ra của động cơ(Tn)
  • Dòng định mức của biến tần (IINVERTER)
  • Dòng định mức của động cơ(IMOTOR)
  • Hệ số lựa chọn biến tần cho cơ cấu nâng hạ, cơ cấu đòi hỏi moomen khởi động lớn: k=1,2 đến 1,5

Tương tự như trên, ta lựa chọn biến tần cho cơ cấu quay cần là 22KW.


Để nhận được thông tin hỗ trợ về giải pháp, độc giả vui lòng liên hệ:

CÔNG TY CPTM VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ QS VIỆT NAM

Trụ sở chính: Số 11, ngõ 6/8 Đội Nhân, Ba Đình, Hà Nội, Việt Nam

Tel: (84.4) 6269 3209

Fax: (84.4) 6269 3202

Email: hyundai@hyundai-qs.com

Website: www.hyundai-qs.com

Văn phòng giao dịch: Số 112 - A25, Ngõ 385 Hoàng Quốc Việt, Q.Cầu Giấy, Hà Nội

Tel: 84.4) 6269 3209

Fax: (84.4) 6269 3202


Tin mới hơn:
Tin cũ hơn: