Báo cáo nghiên cứu khoa học: "MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CÔNG ĐOẠN TỰ ĐỘNG CHO CẦN TRỤC CONTAINER"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong công cuộc hội nhập kinh tế quốc tế ở nước ta hiện nay, việc đầu tư và đưa vào sử dụng các cần trục container lớn phục vụ cho hệ thống Cảng biển nước sâu ngày càng nhiều. Tuy nhiên, do đặc thù công việc, không thể tự động hóa quá trình khai thác xếp dỡ cho các cần trục này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CÔNG ĐOẠN TỰ ĐỘNG CHO CẦN TRỤC CONTAINER"

MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CÔNG ĐOẠN TỰ ĐỘNG CHO CẦN TRỤC CONTAINER THE AUTOMATIC PHASE CONTROL MOCK- UP FOR QUAYSIDE CONTAINER CRANE NGUYỄN XUÂN HÙNG Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng LÊ BÁ VŨ Học viên cao học khoá 2004-2007 TÓM TẮT Bài báo giới thiệu kết quả nghi ên cứu thiết kế một mô hình đi ều khiển công đoạn tự động cho cần trục container ở các Cảng biển. ABSTRACT This article presents the results of research on designing an automatic phase control mock-up for Quayside Container Crane. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong công cuộc hội nhập kinh tế quốc tế ở nước ta hiện nay, việc đầu tư và đưa vào sử dụng các cần trục container lớn phục vụ cho hệ thống Cảng biển nư ớc sâu ngày càng nhiều. Tuy nhiên, do đặc thù công việc, không thể tự động hóa quá trình khai thác xếp dỡ cho các cần trục này. Chính vì không thể điều khiển tự động được nên quá trình tăng tốc cũng như quá trình hãm xe lăn trong quá trình khai thác không theo một quy luật nào dẫn đến khối hàng dao động là điều khó tránh khỏi. Vì vậy năng suất bốc xếp phụ thuộc vào rất nhiều tay nghề ngườ i công nhân vận hành. Do vậy việc tiếp cận, chế tạo hệ thống điều khiển tự động cho cần trục là vấn đề cấp thiết về mặt lý luận cũng như thực tiễn. 2. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Trước khi vào vấn đề chính, xin trình bày mô hình tính toán động lực cơ cấu di chuyển xe lăn để khảo sát dao động của khối hàng. 2.1. Dao động ngang của khối hàng khi xe lăn tăng tốc hay dừng lại Sơ đồ tổng quát của kết cấu cần trục thể hiện dưới dạng 2 khối lượng, khối lượng m0 chuyển động thẳng đều, còn khối lượng m2 dao động và gắn liền với khối lượng m0 bằng khớp nối cứng (không đàn hồi). F(t) - Lực tăng tốc hoặc lực hãm. (xem Hình 2.1) Hình 2.1. Sơ đồ chuyển động của xe lăn và khối hàng
Phương trình chuyển động của khối hàng, xe lăn có dạng  d 2 q d 2 q0  m2 g m2  2   q  0 (2.1)  dt dt 2  l   d 2 q0 m 2 g q  F t  (2.2)  m0 dt 2 l d 2 q0 d 2q g Từ phương trình (2.1) ta thu được:   q 2 2 l dt dt d 2 q0 vào phương trình (2.2) ta được phương trình vi phân chuyển động khối hàng: Thay dt 2 d 2q g m 0  m 2 q  F t   m0 2 l dt F t  d 2q g  m   2  1  2  q  (2.3) l  m0  m0 dt   Nghiệm tổng quát của phương trình (2.3) có dạng: g  m2  g  m2  t   t  (2.4) 1  t  B cos 1  q  A sin   l  m0  l m0    (t) - Nghiệm riêng của phương trình (2.3). Lấy gần đúng F(t)  P và t hay F(t) vào phương trình (2.3) ta sẽ có nghiệm riêng Pl  t   m 0  m 2 g Lúc đó (2.4) có dạng g  m2  g m Pl 1  2 t  1  t  B cos (2.5) q  A sin l  m0  l m0  m0  m 2 g     dq Điều kiện ban đầu khi t = 0 thì q  0;  0 dt Pl Khi đó: A  0; B   m0  m2 g  m  g Pl 1  2 t  (2.6) 1  cos q  m0   m0  m 2 g  l   Dao động ngang của hàng hóa không phải là điều chúng ta mong muốn. Chúng ta xét một vài biện pháp giảm dao động sau khi tăng tốc hoặc hãm máy.Lấy đạo hàm phương tr ình (2.6) theo t ta được phương trình vận tốc của khối hàng l m g m dq P 1  2  sin 1  2 t   m0   m0  dt m0  m2  g  l   g m dq 1  2 t  2 n Với n - số nguyên dương Khi q  0;  0 thì  m0  dt l 
dq Rỏ ràng vào thời điểm q  0,  0 mà không có P (tức P = 0) thì dao động khối hàng dt không có. Lực P được lấy bằng không (= 0) khi quá trình t ăng t ốc hoặc hãm kết thúc. Thành ra thời gian tăng tốc và dừng lại phải lấy bằng m0l (2.7) t  2n m0  m 2 g Với t được chọn như vậy, thì chuyển động của khối hàng sau khi xe lăn tăng tốc hay hãm chắc chắn là không dao động 2.2. Ứng dụng vào thiết kế hệ thống điều khiển cần trục Mô hình nghiên cứu được mô tả trên hình 2.2. Buong may Xe lan Vào / Ra Lên / Xuong Trai / Phai 1 2 Hình 2.2. Mô hình cần trục Cần trục có 3 hoạt động chính: Di chuyển qua trái/phải của cần trục, di chuyển vào/ra xe lăn và di chuyển lên/xuống của ngáng làm hàng. Trong quá trình khai thác, tất cả di chuyển này đều được điều khiển bởi người vận hành ngồi trong xe lăn. Sau khi bốc dỡ mã hàng thứ nhất, đến mã hàng thứ hai thì kho ảng cách ra/vào xe lăn ho ặc khoảng cách lên/xuống của ngáng làm hàng đã thay đổi. Vì vậy với một cần trục QCC quy mô lớn, hiện đại và đư ợc sử dụng rộng rãi ở các Cảng biển lớn trên thế giới nhưng quá trình khai thác bốc dỡ hàng không thể tự động được Mặc dù không thể tự động hoàn toàn các hoạt động của cần trục, chúng ta vẫn có thể tự động một phần trong các hoạt động đó. Bài toán được đặt ra như sau: - Quy đ ịnh vị trí đỗ xe cố định phía dưới theo đúng các làn đường 1,2 và trên ray xe lăn di chuyển ta đặt các công tắc hành trình tương ứng với các vị trí làn đường 1, 2 phía dưới. - Sử dụng một chủng loại xe Container lấy hàng hay tập kết hàng. Ta sẽ tự động hóa quá trình sau: Sau khi ngáng container đóng chốt cặp được mã hàng dưới tàu hoặc sau khi ngáng container mở chốt thả hàng xuống tàu  Mô tơ cơ cấu nâng hạ hoạt động điều khiển ngáng đi lên đến điểm giới hạn trên  Mô tơ cơ cấu nâng hạ dừng, mô tơ cơ cấu di chuyển hoạt động điều khiển xe lăn đi vào đến đúng vị trí đậu của xe  Mô tơ cơ cấu di chuyển dừng, mô tơ cơ cấu nâng hạ hoạt động điều khiển ngáng đi xuống đến giới hạn dưới  Mô tơ cơ cấu nâng hạ dừng  Kết thúc quá trình. Qua phân tích nguyên lý vận hành, chúng tôi thiết kế sơ đồ điều khiển như hình 2.3
PLC INVERTER INVERTER INVERTER Hình 2.3. Sơ đồ điều khiển hệ thống Từ phần mô tả hoạt động của cần trục, ta lập sơ đồ thuật toán điều khiển cho các hoạt động của cần trục như sau: Trên Cabin vận hành sử dụng công tắc xoay 2 chế độ: Auto và Manual. Và công tắc xoay chọn các line 1, line 2. - Khi vận hành cần trục bằng tay, ta gạt công tắc sang chế độ Manual và thực hiện thao tác vận hành như vào/ra xe lăn, lên/xuống ngáng container và di chuyển cần trục qua trái/phải. - Khi chuyển qua công đoạn tự động, ta gạt công tắc sang chế độ Auto. Lúc này công tắc xoay chọn line 1 và line 2 mới có tác dụng. Khi bắt đầu vận hành công đoạn tự động, ta nhấn nút Start. Dừng khẩn cấp Hạ Ra START Di chuyển cần trục Ph ải Trái Nâng Vào Line 2 Line 1 Chế độ làm việc Di chuyển Nâng xe lăn hạ hàng Manual Auto Ghế ngồi Chốt container Khoá Mở Hình 2.4. Bàn điều khiển Thuật toán điều khiển công đoạn tự động (Auto) a) Giản đồ trạng thái DELAY DELAY DELAY t+t t+t t n1 MOTO CO CAU t NANG HA 0 s b1 N GANG LAM s H ANG CONT. b0 n2 MOTO CO CAU DI t CHUYEN 0 s c1 XE LAN c0 1 CONG TAC GIOI HAN TREN 0 1 CONG TAC GIOI HAN LINE i 0 1 CONG TAC GIOI HAN DUOI 0 t t t Hình 2.5. Giản đồ trạng thái
m0 l Từ công thức (2.7): t  2n m0  m 2 g Ta tính được thời gian tăng tốc cũng như thời gian hãm chuyển động xe lăn để khối hàng không dao động  t  Tương ứng tính được đoạn đường s Để an toàn hệ thống, sau khi khối hàng đi lên dừng lại khoảng thời gian t, lúc đó ta mới khởi động mô tơ cơ cấu di chuyển điều khiển xe lăn đi vào. Tương tự khi xe lăn dừng lại khoảng thời gian t, lúc đó mới khởi động mô tơ cơ cấu nâng hạ điều khiển khối hàng đi xuống. Theo sơ đồ điều khiển hệ thống, PLC xuất tín hiệu đến Inverter, sau đó Inverter điều khiển ho ạt động các mô tơ điện. Nên đặt giá trị t+t vào Inverter cho quá trình t ăng tốc hoặc hãm của motor vì vậy có thời gian delay t trên sơ đồ thuật toán. b) Sơ đồ chức năng Giả i th ích: - Có Auto, start - g/h trên:off, g/h linei:off Ban đầu 0 - Xuất M1 Auto, satrt g/h trên:off,g/h line i:off - Có M1, g/h trên:on Mô tơ nâng 1 - Tắt M1, Delay = t+t1 g/h trên - Sau t+t1 Timer Delay t+t1 - Xuất M2 t=t+t1 - Có M2, g/h line i Mô tơ vào 2 - Tắt M2, Delay = t+t1 g/h line i - Sau t+ t1 Timer Delay t+t1 - Xuất M1, t=t+t1 - Có M1, g/h dưới Mô tơ hạ 3 - Tắt M1, Delay = t g/h dưới Timer Delay t - Sau t t=t Kế t thúc 4 c) Thiết kế hệ thống điều khiển - Sơ đồ mạch động lực R S T Automat KM1 KM2 INVERTER INVERTER INVERTER L1 L2 24 L1 L2 24 L1 L2 24 Ro le Ro le K1 K3 K5 nhiet nhiet K2 K4 K6 M1 M2 M3 M M Mô tơ điều khiển Mô tơ điều khiển Mô tơ điều khiển Mô tơ bơm điều Mô tơ bơm điều cơ cấu nâ ng hạ cơ cấu di chuyển di chuyển cần tr ục k hiể n kẹp ray k hiể n chốt cont. - Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực I 1.5 I1.4 I1 .7 I1.6 X y la nh A X y la nh B a0 a1 b0 b1 + + A B - - A B Xy lanh A: Xy lanh B: CH 1 CH2 CH 3 C H4 A Đóng kẹp ray B+:Đóng chốt Cont. +: Q 1.0 Q 1.1 Q 1.2 Q 1.3 A-: Mở kẹp ray B-: Mở chốt Cont.
- Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị ngoài N I 0.0 I 0.1 K2 Điều khiển quá tr ình nâng hàng Q 0.0 K1 I 0.2 K1 I 0.3 Điều khiển quá tr ình hạ hàng Q 0.1 K2 I 0.4 K4 Điều khiển xe lăn vào K3 Q 0.2 I 0.5 K3 I 0.6 Điều khiển xe lăn ra Q 0.3 K4 I 0.7 K6 Điều khiển cần trục qua trái Q 0.4 K5 I 1.0 K5 I 1.1 Điều khiển cần trục qua phải Q 0.5 K6 I 1.2 PLC S7-200 Còi báo hiệu cần trục di chuyển Q 0.6 C I 1.3 I 1.4 Q 0.7 I 1.5 Cu ộn hút van dầu điều khiển đóng kẹp ray Q 1.0 CH 1 I 1.6 I 1.7 Cu ộn hút van dầu điều khiển mở kẹp ray Q 1.1 CH 2 I 2.0 Khởi động từ mô tơ bơm ĐK k ẹp ray Q 1.2 KM1 I 2.1 I 2.2 Khởi động từ mô tơ bơm ĐK chốt container Q 1.3 KM2 I 2.3 Cu ộn hút van dầu điều khiển đóng chốt container Q 1.4 CH 3 I 2.4 I 2.5 Cu ộn hút van dầu điều khiển mở chốt container Q 1.5 CH 4 I 2.6 I 2.7 I 3.0 I 3.1 I 3.2 3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN Từ công thức nghiên cứu động lực học các cơ cấu công tác của cần trục. Xây dựng được mô hình đ iều khiển một công đoạn tự động cho cần trục. Trong đó, giải quyết tốt các vấn đề: - Thiết kế sơ đồ mạch động lực hệ thống - Thiết kế hệ thống điều khiển nối kết với PLC - Thiết lập được chương trình điều khiển tự động PLC 4. KẾT LUẬN Việc tiếp cận và tự thiết kế một công đoạn điều khiển tự động cho cần trục Quayside Container Crane dẫn đến giảm chi phí đầu tư, tăng năng suất bốc xếp. Góp phần vào sự phát triển lãnh vực thiết kế chế tạo hệ thống tự động điều khiển đáp ứ ng được yêu cầu củ a chiến lược phát triển Khoa học và công nghệ đến 2010 của ngành Tự động hoá và Cơ điện tử. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm (2006), Bộ điều khiển lập trình PLC. NXB Đại học [1] quốc gia, TP Hồ Chí Minh. Trần Xuân Tuỳ (2002), Hệ thống điều khiển tự động thuỷ lực, NXB Khoa học và Kỹ [2] thuật. Nguyễn Do ãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà (2000), Tự động hóa với S7–200, [3] NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Yaskawa Siemens, Tài liệu hướng dẫn vận hành PLC trên cần trục QCC, Japan. [4] Комаров М. С. (1968), Динамика грузоподъемных машин, Машгиз [5]