Đề tài Ứng dụng PLC S7 - 300 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta trong quá trình phát triển với nền kinh tế thế giới.Điều này đòi hỏi các xí nghiệp không ngừng nâng cao sản xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm để Có thể cạnh tranh và có chỗ đứng trên thị trường.Để làm được điều này các nhà máy xí nghiệp ngoài việc cải cách lại cơ cấu thì việc đổi mới dây chuyền là hết sức cần thiết.Vì thế tự động hóa đã áp dụng hầu hết trong các dây chuyền sản xuất của các nhà máy xí nghiệp. Với kiến thức sau năm năm học trường Đại Học Mỏ Địa Chất chuyên ngành Tự Động Hóa Xí Nghiệp Mỏ và Dầu Khí.Em được phân công về Công ty Xây Lắp Thương Mại Hải Phòng để thực tập tốt nghiệp. Sau thời gian thực tập tại công ty với sự nhiệt tình của tuổi trẻ cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Thanh Lịch và các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa cùng với sự giúp đỡ của các phòng ban Công ty Xây Lắp Thương Mại Hải Phòng đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này.Với kiến thức được trang bị trong nhà trường,trong tài liệu thu được,cùng với tài liệu tham khảo. Đồ án của em đã được hoàn thành với đề tài: Ứng dụng PLC S7-300 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động. Đồ án của em gồm 5 chương: Chương 1. Giới thiệu tổng quan về Công Ty và công nghệ điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động của Công Ty. Chương 2. Lựa chọn thiết bị điều khiển cho trạm trộn bê tông tươi. Chương 3. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động bằng PLC S7-300 cho trạm trộn. Chương 4. Mô phỏng hệ thống trạm trộn bê tông bằng giao diện WinCC.

doc63 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 18/06/2013 | Lượt xem: 4882 | Lượt tải: 30download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Ứng dụng PLC S7 - 300 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC Lời nói đầu Chương 1. Giới thiệu về Công Ty và công nghệ điều khiển trạm trộn bê tông 3 1.1. Vị trí địa lý và nhiệm vụ của công ty 3 1.2. Đặc điểm công nghệ của trạm trộn bê tông tươi tự động 7 1.3. Giới thiệu một số bộ phận trong trạm trộn bê tông 9 Chương 2. Lựa chọn thiết bị điều khiển cho trạm trộn bê tông tươi 12 2.1. Simatic S7-300 12 2.2. Loadcell 15 2.3. Van điện từ 23 2.4. Công tắc hành trình 24 2.5. Động cơ điện 26 Chương 3. Thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC S7-300 cho trạm trộn bê tông 27 3.1. Xây dựng sơ đồ điện cho hệ thống trạm trộn bê tông 27 3.2. Nguyên lý vận hành 38 3.3. Lưu đồ thuật toán 39 3.4. Phân công giá trị đầu vào/Ra 42 Chương 4. Mô phỏng hệ thống trạm trộn bê tông bằng giao diện WinCC 43 4.1 Giới thiệu về WinCC 43 4.2. Cách ghép nối WinCC với S7-300 44 4.3. Giao diện mô phỏng trạm trộn bê tông tươi bằng Wincc 44 4.4. Kết quả mô phỏng trạm trộn bằng Wincc 47 Kết luận 48 Tài liệu tham khảo 49 Phụ lục 50 LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta trong quá trình phát triển với nền kinh tế thế giới.Điều này đòi hỏi các xí nghiệp không ngừng nâng cao sản xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm để Có thể cạnh tranh và có chỗ đứng trên thị trường.Để làm được điều này các nhà máy xí nghiệp ngoài việc cải cách lại cơ cấu thì việc đổi mới dây chuyền là hết sức cần thiết.Vì thế tự động hóa đã áp dụng hầu hết trong các dây chuyền sản xuất của các nhà máy xí nghiệp. Với kiến thức sau năm năm học trường Đại Học Mỏ Địa Chất chuyên ngành Tự Động Hóa Xí Nghiệp Mỏ và Dầu Khí.Em được phân công về Công ty Xây Lắp Thương Mại Hải Phòng để thực tập tốt nghiệp. Sau thời gian thực tập tại công ty với sự nhiệt tình của tuổi trẻ cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Thanh Lịch và các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa cùng với sự giúp đỡ của các phòng ban Công ty Xây Lắp Thương Mại Hải Phòng đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này.Với kiến thức được trang bị trong nhà trường,trong tài liệu thu được,cùng với tài liệu tham khảo. Đồ án của em đã được hoàn thành với đề tài: Ứng dụng PLC S7-300 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động. Đồ án của em gồm 5 chương: Chương 1. Giới thiệu tổng quan về Công Ty và công nghệ điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động của Công Ty. Chương 2. Lựa chọn thiết bị điều khiển cho trạm trộn bê tông tươi. Chương 3. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động bằng PLC S7-300 cho trạm trộn. Chương 4. Mô phỏng hệ thống trạm trộn bê tông bằng giao diện WinCC. Do thời gian giới hạn nên trong quá trình hoàn thành em không tránh khỏi sai sót, em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô trong bộ môn và các bạn. Xin cảm ơn. Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY VÀ CÔNG NGHỆ TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI 1.1. Vị trí địa lý và nhiệm vụ của công ty 1.1.1. Vị trí địa lý Công ty Xây lắp Thương mại Hải Phòng được xây dựng trên nền đất của công ty xây dựng Hùng Vương thuộc, quận Hồng Bàng thành phố Hải Phòng cách trung tâm thành phố Hải Phòng 5km về phía nam.Với diện tích khoảng 30.000m2 công ty ngày càng phát triển lớn mạnh. A. Đặc điểm địa lý và địa hình Phía đông: Là đường Hùng Vương (hay đường Năm cũ) Phía tây : Cách đường năm nới 1 km Phía nam : Cạnh doanh trại quân đội Phía bắc : Giáp Công ty LILAMA Đặc điểm của công ty rất thuận lợi cho việc phân phối sản xuất cũng như việc lập nguyên liệu. B. Đặc điểm khí hậu - Nhiệt độ trung bình của không khí 240C - Nhiệt độ cực đại trung bình của không khí khoảng 310C - Nhiệt độ cực tiểu trung bình của không khí khoảng 310C - Nhiệt độ cực đại tuyệt đối của không khí 400 C - Nhiệt độ cực tiểu của không khí 30C - Độ ẩm trung bình của không khí hàng năm khoảng 84% - Độ ẩm trung bình thấp nhất của không khí hàng năm 12% 1.1.2. Quá trình hình thành và phát triển A. Mục đích thành lập Xuất phát từ nhu cầu xây dựng của các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, xuất phát từ nhu cầu đòi hỏi các loại vật liệu xây dựng mới đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng về trộn bê tông, Tổng Công ty Xây lắp Thương mại Hải Phòng đã thành lập Xí nghiệp gạch Lock và vật liệu xây dựng. B. Quá trình phát triển của Xí nghiệp Kể từ khi thành lập tới nay, xí nghiệp phát triển liên tục với doanh số năm nay cao hơn năm trước. Khi mới đưa vào sản xuất do chưa có sự mở rộng nên trạm trộn hoạt động với năng suất chưa cao nhưng cho tới nay trạm đã hoạt động liên tục do nhiều công trình đặt trộn và doanh thu liên tục gia tăng. 1.1.3. Cơ cấu tổ chức của Xí nghiệp A. Mô hình cơ cấu tổ chức Giám Đốc PGĐ Nhân Sự Kế Toán Trưởng PGĐ Kĩ Thuật PGĐ Kinh Doanh Phòng Nhân Sự Phòng Tổng Hợp Phòng Kế Toán Phòng Kĩ Thuật Phòng Công Nghệ Phòng Thị Trường Phòng Dự Án Đầu Tư Hình 1.1. Mô Hình cơ cấu tổ chức B. Chức năng của từng bộ phận quản lý - Giám đốc xí nghiệp chịu trách nhiệm quản lý chung toàn xí nghiệp, chịu trách nhiệm trước giám đốc Công ty giao cho hàng năm,cá khoản ngân vụ tài chính phải nộp cho Công ty cũng như trách nhiệm đối với đời sống của công nhân trong xí nghiệp. - Phó giám đốc nhân sự chịu trách nhiệm trước giám đốc xí nghiệp về kế hoạch nhân sự, như sắp xếp nhân sự vào các bộ phận sản xuất cũng như việc lo chế độ chính sách đối với người lao động trong xí nghiệp. - Kế toán trưởng chịu trách nhiệm trước giám đốc xí nghiệp về kế hoạch ngân sách của xí nghiệp như dự trừ chi phí sản xuất hàng năm thực hiện nghĩa vụ tài chính đối với nhà nước cũng như công ty, cân đối ngân sách thu chi, hach toán lỗ lãi của hoạt động sản xuất kinh doanh của xí nghiệp. - Phó giám đốc kinh doanh chịu trách nhiệm trước giám đốc xí nghiệp về hoạt động kinh doanh của xí nghiệp,như xây dựng kế hoạch tiêu thụ hàng năm, xây dựng kế hoạch mở rộng thị trường,cũng như việc đề ra các kế hoạch cạnh tranh với các doanh nghiệp khác trên thị trường. - Phó giám đốc kỹ thuật chịu trách nhiệm về sửa chữa,thay đổi cải tiến kỹ thuật các thiết bị của xí nghiệp như nâng cấp các thiết bị, thay đổi công nghệ cho phù hợp với điều kiện thực tế của xí nghiệp nhằm mang lại hiệu quả cao nhất, tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất,nghiên cứu các sản phẩm mới nhu cầu thị trường. - Phòng nhân sự chịu trách nhiệm quản lý nhân sự, trách nhiệm về các chính sách bảo hiểm xã hội y tế cũng như trợ cấp cho người lao động trong xí nghiệp. - Phòng tổng hợp chịu trách nhiệm giải quyết vấn đề chung của xí nghiệp như cung ứng cải tạo thiết bị ban phòng, mua bán vật tư văn phòng,ban hành các văn bản quyết định của giám đốc xí nghiệp chịu trách nhiệm thông tin tuyên truyền của công ty. - Phòng kế toán chịu trách nhiệm trước giám đốc xí nghiệp về thu chi ngân sách, về thu hồi công nợ,lo chi phí sản xuất cũng như các khoản nghĩa vụ tài chính đối với cấp trên và người lao động trong xí nghiệp. - Phòng kĩ thuật chịu trách nhiệm xây dựng các chỉ tiêu kĩ thuật, định mức vật tư sản xuất, cải tiến công nghệ, nâng cao tính năng của thiết bị, dự trù vật tư phụ tùng thay thế. - Phòng công nghệ chịu trách nhiệm nghiên cứu, thay đổi công nghệ, tung ra thị trường các sản phẩm mới phù hợp với thị hiếu khách hàng nhưng phải đảm bảo hiệu quả kinh tế, như điều kiện chi phí sản xuất. - Phòng thị trường chịu trách nhiệm trực tiếp với phó Giám đốc thị trường về các hoạt động tiêu thụ sản phẩm, tăng doanh số bán ra, giảm thiểu chi phí lưu thông, xây dựng các kế hoạch cạnh tranh về số lượng, giá cả về quảng cáo trên thị trường. - Phòng đầu tư chịu trách nhiệm xây dựng các dự án đầu tư có tính khả thi nhất,mang lại hiệu quả cao nhất, như các chiến lược đầu tư xây dựng ngân sách, đầu tư cũng như triển khai hoạt động đầu tư. 1.1.4. Nguồn điện cấp cho xí nghiệp Xí nghiệp dùng nguồn điện lưới quốc gia đi qua trạm hạ thế của xí nghiệp với công suất 736KVA do Liên Xô sản xuất. Trạm hạ thế này cung cấp nguồn điện cho 3 dây, thiết bị sử dụng điện ba pha đó là: + Dây chuyền trạm trộn bê tông tươi Lorev Do ITALIA sản xuất. Trạm có công suất hoạt động là 120m3/h. Đây là đây truyền hiện đại ở Hải Phòng, dây chuyền làm việc tự động hóa từ khâu đầu sản xuất cho đến khi ra sản phẩm. + Dây chuyền trạm trộn bê tông tươi Kabag do cộng hòa Liên bang Đức sản xuất với công suất hoạt động là 110m3/h. + Dây chuyền sản xuất gạch Block do công ty Masa - Handuk sản xuất. Dây chuyền có công suất hoạt động là 1000 viên p12/h, 1500 viên p6/h, 600 viên HBL2/h. Tủ Chiếu Sáng Trạm trộn bê tông 1 Trạm trộn bê tông 2 Phân xưởng sản xuất gạch Block Trạm biến áp 736 KVA . Hình 1.2. Sơ đồ điện của xí nghiệp 1.2. Đặc điểm công nghệ của trạm trộn bê tông tươi tự động 1.2.1. Sơ đồ công nghệ của trạm trộn bê tông tươi - Công nghệ trộn bê tông tươi của xí nghiệp được chia làm ba công đoạn chính: Công đoạn chuẩn cốt liệu, công đoạn cân cốt liệu và công đoạn trộn cốt liệu thành tông tươi. Đá 1 Đá 2 Cát Phễu cốt liệu Xe Skip Thùng Trộn Xả Xuống Xe vận chuyển Vít Tải Cân Xi Măng XiLo Xi Măng Nước Phụ Gia Bơm Nước Bơm PG Cân Nước Cân PG Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ của trạm trộn 1.2.2. Nguyên lý hoạt động của quá trình trộn bê tông tươi. - Sau khi có đơn đặt hàng bê tông tươi phục vụ cho công trình, công ty gửi yêu cầu cho xí nghiệp bắt đầu tiến hành trộn bê tông cho khách hàng. Mỗi trạm trộn đều có hai Xilo đã được bơm sẵn xi măng, cát + đá 1 + đá 2 đã được vận chuyển tới 3 phễu cốt liệu, Nước và chất lỏng phụ gia đã được bơm vào bình chứa để tiến hành quá trình trộn tự động dưới sự điều khiển của người vận hành. - Theo yêu cầu mác, khối lượng và số mẻ bê tông, đưa các dữ liệu đó nhập vào chương trình máy tính và khởi động cho trạm hoạt động. Đầu tiên hệ thống định lượng sẽ hoạt động, thực hiện đồng thời ba cân: cân cốt liệu, cân xi, cân nước và phụ gia: - Cân cốt liệu được thực hiện theo nguyên tắc cộng dồn: Đầu tiên mở cửa xả boongke chứa đá1, khi đã cân đủ  thì đóng cửa xả boongke đá 1 đồng thời mở cửa boongke cát, khi đã cân đủ  thì đóng cửa xả boongke cát đồng thời mở cửa boongke đá 2. Quá trình này được tiếp tục cho tới khi cân xong các thành phần cốt liệu. - Cân xi măng: Mở cửa xả đáy Xilo chứa xi măng, xi măng theo vít tải vận chuyển đổ vào thùng cân. Khi cân đủ xi măng thì vít tải dừng lại. - Cân nước và phụ gia: Nước được bơm vào thùng cân nước sau đó cân đến phụ gia. - Sau khi đã định lượng xong, cối trộn quay. Skíp trở liệu lên cối trộn, (trong trường hợp cối trộn còn bê tông hoặc cửa xả cối trộn chưa đóng thì hệ thống điều khiển sẽ không cho skíp làm việc). Khi skip lên tới vị trí xả cốt liệu thì cốt liệu được xả vào thùng trộn, đồng thời xả xi măng. Khi xả xong cốt liệu skíp sẽ về vị trí khung cân để thực hiện mẻ tiếp theo, đồng thời xả nước, phụ gia. Thời gian trộn cưỡng bức khoảng 30- 45 s. Sau thời gian trộn hỗn hợp bê tông được xả vào xe chuyên chở. Khi xả hết cối trộn đóng lại và hệ thống điều khiển tiếp tục thực hiện mẻ trộn tiếp theo. 1.3. Giới thiệu một số bộ phận trong trạm trộn bê tông 1.3.1. Vít tải xiên Chuyên dùng để vận chuyển vật liệu rời, tơi, xốp, dẻo như xi măng, cát, bột theo phương ngang hay nghiêng đến 200. Với cự ly chuyển tới 30 - 40m có năng suất đến 20 - 40m3/h. Vít tải (h1.3) gồm vỏ thép 4, trục dẫn động cơ gắn vít vận chuyển 3m, các ổ đỡ 5, phễu nạp 6 và cửa đỡ liệu 7. Trục vít quay nhờ động cơ diện 1 qua hộp giảm tốc 2. Khi quay vít vật liệu không quay theo chiều ngang của vít mà bị cuốn theo do đó có sự chuyển động tương đối giữa vật liệu và vít tải. Vít tải có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn, vật liệu được che kín nên không thất thoát và gây ô nhiễm môi trường. 1 2 6 5 3 4 7 Hình 1.4: Vít tải xiên 1.3.2. Cối trộn chính Trạm trộn bê tông được lắp đặt loại cối trộn cưỡng bức làm thêm việc theo chu kỳ. Dung tích bê tông đã trộn xong của cối trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ của máy, với 120m3/h. 1 2 7 4 3 5 6 Hình 1.5. Sơ đồ động học của Cối trộn chính Hệ dẫn động của cối trộn gồm động cơ điện và hộp giảm tốc 1, qua khớp nối 2 làm quay roto 7. Trên roto có lắp các tay và cách trộn, vật liệu được nạp qua ống nạp ở nắp thùng trộn, xả bê tông qua cửa đáy của thùng trộn. Để đóng mở cửa cửa đáy, dùng khí ép dẫn qua khóa 5 và van phân phối 4 tới xi lanh khí khí ép 6, để giảm ồn có lắp bộ tiêu âm 3. Việc chất tải vào thùng trộn chỉ thực hiện khi roto quay. Cốt liệu và xi măng được vào thùng trộn cùng với nước có thành thần và liều lượng xác định. Hỗn hợp được nhào trộn đồng nhất và hiệu quả rồi xả ra ngoài khi cửa đáy mở. Chương 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI 2.1. Giới thiệu về Simatic S7-300. PLC là viết tắt của Program logic controller là thiết bị logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình. Hình 2.1 Simatic 7-300 PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau: CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2. Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng/số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374 Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365 Các module được gắn trên thanh ray như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module. Hình 2.2. Module phía sau Simatic Các CPU 312 IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng. CPU 312 IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1; 6 ngõ ra số Q124.0,..Q124.5. CPU 313C: 24DI I124.0..126.7, 16DO Q124.0..125.7, 5 ngõ vào tương đồng AI địa chỉ 725..761, hai ngõ ra AO 752..755 CPU 314 IFM: 20 ngõ vào số I124.0..126.7, 16 DO Q124.0…125.5, 16 ngõ ra số Q124.0…Q125.7, 4 ngõ vào tương đồng PIW 128, PIW 130, PIW 132, PIW134; 1 ngõ ra tương đồng PQW 128. Module CPU: Các module CPU khác nhau có chức năng khác nhau, vận tốc xử lý lệnh… Hình 2.3 Sơ đồ module CPU Các vùng nhớ của CPU: vùng nhớ chương trình (load memory) chứa chương trình người dùng (không chứa địa chỉ ký hiệu và chú thích) có thể là RAM hay EEPROM hay CPU hay trên thẻ nhớ. Vùng nhớ làm việc (working memory) là RAM, chứa chương trình do vùng nhớ chương trình chuyển qua, chỉ các phần chương trình, ví dụ Block header, Data Block. Vùng nhớ hệ thống (System memory) phục vụ cho chương trình người dùng, bao gồm Timer, couter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập. PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ vòng lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét, mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng đệm ảo, tiếp theo là thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh MEND. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng. Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp cổng vào mà chỉ thông qua bộ đếm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số, việc truyền thông giữa bộ đếm ảo với ngoại vi trong giai đoạn nhập dữ liệu và thực hiện chương trình do CPU quản lý, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khá. Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như bộ phận của chương trình, chương trình xử lý ngắt chỉ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ thời điểm nào trong vòng quét. Như vậy: Trong trạm trộn bê tông của công ty chọn PLC S7-300 - SIEMENS - ĐỨC, với CPU 314 IFM: Bộ nhớ làm việc 24KB, chu kỳ lệnh 0.3us, tích hợp sẵn 24DI/16DO, 4AI/1AO. 2.2. Giới thiệu qua về Loadcell 2.2.1. Lý thuyết về loadcell Trước đây, hầu hết các thiết bị cân trong công nghiệp sử dụng load cell cảm biến sức căng, biến đổi thành tín hiệu điện (gọi là load cell tương tự). Tín hiệu này được chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo lường như bộ chỉ thị. Một hệ thống cân dùng load cell tương tự điển hình thông thường bao gồm một hoặc một vài load cell nối song song với nhau qua một hộp nối (Junction Box) Mỗi load cell tải một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V. Đầu ra kết hợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng load cell. Các thiết bị đo lường hoặc bộ hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh định và đưa kết quả đọc được lên màn hình. Đa phần các thiết bị hay bộ hiển thị hiện đại đều cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác như máy tính hoặc máy in. Những load cell này dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực tế, với những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từng ứng dụng của người dùng. Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng. Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạng uốn(bending), dạng nén (compression)… Tuy nhiên, khó khăn gặp phải ngay từ buổi đầu của các hệ thống này là tín hiệu điện áp đầu ra của load cell rất nhỏ(thường không quá 30mV). Những tín hiệu nhỏ như vậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu trong công nghiệp như: Nhiễu điện từ: sinh ra bởi quá trình truyền phát các tín hiệu điện trong môi trường xung quanh, truyền phát tín hiệu vô tuyến điện trong không gian hoặc do quá trình đóng cắt của các thiết bị chuyển mạch công suất lớn… Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: do thay đổi thất thường của nhiệt độ môi trường tác động lên dây cáp truyền dẫn. Do đó, để hệ thống chính xác thì càng rút ngắn khoảng cách giữa load cell với thiết bị đo lường càng tốt. Cách giải quyết thông thường vẫn dùng là giảm thiểu dung sai đầu ra của load cell. Tuy nhiên giới hạn của công nghệ không cho phép vượt quá con số mong muốn quá nhỏ. Trong khi nối song song nhiều load cell với nhau, mỗi load cell tải với một đầu ra độc lập với các load cell khác trong hệ thống, do đó để đảm bảo giá trị đọc nhất quán, ổn định và không phụ thuộc vào vị trí, hệ thống yêu cầu chỉnh định đầu ra với từng load cell riêng biệt. Công việc này đòi hỏi tốn kém về thời gian, đặc biệt với những hệ thống yêu cầu độ chính xác cao hoặc trong các ứng dụng khó tạo tải kiểm tra như cân tank, cân xilô… Tín hiệu ra chung của một hệ nhiều load cell dựa trên cơ sở đầu các tín hiệu ra trung bình của từng load cell. Điều đó gây nên dễ xảy ra hiện tượng có load cell bị lỗi mà không được nhận biết. Một khi đã nhận ra thì cũng khó khăn trong việc xác định load cell nào lỗi, hoặc khó khăn trong yêu cầu sử dụng tải kiểm tra, hay yêu cầu sử dụng các thiết bị đo lường như đồng hồ volt-ampe với độ chính xác cao, đặc biệt trong điều kiện nhà máy đang hoạt động liên tục. Thực tế còn rất nhiều yếu tố khác liên quan đến độ chính xác của hệ thống cân như: Quá trình chỉnh định hệ thống. Nhiễu rung và ồn. Do tác dụng chuyển hướng lực trong các cơ cầu hình ống. Quá trình phân tích dò tìm lỗi. Thay thế các thành phần trong hệ thống cân hoặc các hệ thống liên quan. Đi dây cáp tín hiệu dài. Môi trường hoạt động quá kín. … Không thể tính toán được trước các yếu tố ảnh hưởng này để có thể mô hình hóa trong quá trình phân tích và thiết kế. Trong khi đó điều kiện làm việc ở mỗi nơi rất khác nhau, thiết bị đo ở các xa cảm biến, tín hiệu truyền dẫn yếu dễ bị tiêu hao và nhiều loại nhiễu tác động, đặc biệt với môi trường làm việc khắc nghiệt trong nhà máy và xí nghiệp. Tín hiệu đưa về đến thiết bị đo lường khó phản ảnh trung thực giá trị thực tế. Trong khi đó, các bộ hiển thị hiện nay thường dùng hệ vi xử lý tốc độ thấp, năng lực tính toán không cao, ít thiết bị tích hợp các thuật toán xử lý chỉnh định các số liệu thu thập về, hoặc nếu có còn ở mức độ đơn giản. Do các bộ hiển thị sử dụng với nhiều loại load cell khác nhau nên các thuật toán chỉnh định chỉ mang tính tương đối, không triệt để, đặc biệt là chưa có thiết bị nào tích hợp tính năng bù sai lệch do nhiệt độ. Chức năng lọc nhiễu điện từ trường cho tín hiệu đo của các thiết bị này còn rất kém. Một yếu điểm nữa là tần số lấy mẫu thấp, do đó không thể áp dụng trong các ứng dụng mà lực tác dụng biến đổi nhanh (cân động) như các hệ thống cân băng liên tục,…. Tuy nhiên, từ cuối những năm 1970, các nhà chế tạo load cell đã khám phá khả năng có thể kết hợp giữa công nghệ điện tử hiện đại với các thành phần đo cơ bản, và khái niệm load cell số ra đời. Ban đầu, khi khái niệm load cell số mới ra đời, nhiều người hiểu lầm là các load cell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể được sử dụng để chuyển đổi một load cell chất lượng thấp lên một load cell chất lượng cao. Thực tế thì ngược lại, mỗi load cell số đơn giản cũng mang trong nó một cấu trúc khá phức tạp. Thứ nhất, phải có một load cell cơ bản với độ chính xác, độ ổn dịnh và khả năng lặp lại rất cao trong mọi điều kiện làm việc. Thứ hai, phải có một bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) 16 đến 20 bit tốc độ cao để chuyển đổi tín hiệu điện tương tự sang dạng số. Thứ ba, phải có hệ vi mạch xử lý để thực hiện điều khiển toàn bộ quá trình chuyển đổi từ tín hiệu lực đo được thành dữ liệu số thể hiện trung thực nhất và giao tiếp với các thiết bị khác để trao đổi thông tin. Tín hiệu điện áp từ cầu điện trở của load cell chính xác cao được đưa đến đầu vào của mạch tích hợp sẵn, bao gồm cả phần khuyếch đại, bộ giải điều chế, một ADC tốc độ cao 20 bit và bộ lọc số. Một cảm biến nhiệt độ tích hợp sẵn được sử dụng để đo nhiệt độ thực của load cell phục vụ cho việc bù sai số do nhiệt độ. Dữ liệu từ ADC, cảm biến nhiệt độ cùng với các thuật toán trong phần mềm và một số phần cứng bổ sung tích hợp sẵn có chức năng tối ưu hóa xử lý các sai số do không tuyến tính, bù sai đường đặc tính, khả năng phục hồi trạng thái và ảnh hưởng của nhiệt độ… được vi xử lý tốc độ cao xử lý. Dữ liệu kết quả đầu ra được truyền đi xa qua cổng giao tiếp theo một giao thức nhất định. Các module điện tử này có thể được đặt ngay trong load cell, load cell cable hoặc trong hộp junction box. Các đặc tính tới hạn của từng load cell được đặt trong EEPROM nằm trong module của load cell đó, điều đó cũng có nghĩa là mọi vấn đề xử lý sai số được thực hiện ngay tại load cell, với chính load cell đó, cũng có nghĩa là phép bù các sai số được thực hiện khá triệt để. Một hệ thống số điển hình bao gồm một số các load cell số nối với máy tính, PLC hoặc thiết bị đo như bộ hiển thị. Bên trong hệ thống, mỗi load cell độc lập có thể được nhận dạng bằng địa chỉ làm việc của nó. Địa chỉ làm việc đó có thể được cài đặt do người lập trình thông qua một hoặc nhiều địa chỉ cung cấp bởi nhà máy. Thông thường địa chỉ “0” được sử dụng như là một địa chỉ làm cho tất cả các load cell trả lời, trong khi các số nối tiếp của load cell có thể được sử dụng để yêu cầu một địa chỉ xác định. Các load cell số hoạt động trên một chương trình điều khiển kiểu Master/Slave, ở đó định nghĩa một thiết bị (thường là PC hoặc indicator) là master trên mạng. Có hai chế độ hoạt động chính: Master giám sát tất cả các quá trình truyền phát bằng cách giao tiếp với từng slave một cách tuần tự, hoặc master gửi dữ liệu yêu cầu các slave trả lời theo địa chỉ tuần tự. Chế độ thứ nhất có ưu điểm trong sự mềm dẻo và nắm bắt lỗi, trong khi chế độ hai hướng đến tốc độ giao tiếp. Hầu hết các load cell số kết nối theo chuẩn RS485 hoặc RS422. Cả hai kiểu giao thức đều có các đặc tính tương tự nhau và cung cấp một môi trường multi-drop. Việc giao tiếp giữa các thiết bị nối trên mạng dựa trên giao thức quy định bởi nhà sản xuất. Có lẽ điểm khác biệt quan trọng nhất giữa hệ thống load cell tương tự và số là mặc dù nối với nhau nhưng mỗi load cell số hoạt động như là một thiết bị độc lập. Load cell số cho phép với trong nhiều ứng dụng khác nhau. Dưới đây là 4 mô hình ứng dụng điển hình. Mô hình 1: Các load cell số cung cấp đầu ra theo giao diện RS422 hoặc RS 485. Các load cell nối với nhau thành cấu trúc hình sao. Junction Box hỗ trợ nối song song 8 load cell số. Card RS422/RS485 cho phép kết nối trực tiếp đến máy tính PC hoặc PLC. Mô hình 2: Mô hình này chỉ khác với mô hình 1 là có thêm các thiết bị bảo vệ SPD cho hệ thống load cell và máy tính chủ, chống lại các ảnh hưởng có hại như xung điện hoặc quá áp. Mô hình 3: Với hệ thống load cell số, các load cell có thể hoạt động như các thiết bị độc lập, nhận dạng trong hệ thống bằng địa chỉ của nó. Vì vậy, nhiều hệ thống có thể cùng dùng chung một thiết bị điều khiển, đơn giản chỉ cần đi đường dây mạng liên kết chúng về một trạm điều khiển. Thông thường một trạm chủ này có thể quản lý được đến 32 load cell số. Mô hình 4: Trong mô hình này, bộ hiển thị đóng vai trò là trạm chủ giao tiếp trực tiếp với các load cell hoặc với Junction Box. Ngoài chức năng hiển thị, bộ hiển thị này có thể thực hiện một số chức năng điều khiển khác thông qua các đầu vào ra. Khái quát lại, hệ thống cân dùng load cell số có một số ưu điểm nổi bật sau: Với đầu ra số, hệ thống có được: Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ hoặc thay đổi nhiệt độ thất thường trên đường dây cable dẫn. Khoảng cách dây cáp dẫn có thể kéo dài đến 1200m. Dễ dàng thay thế load cell. Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thị khi cần. Mỗi load cell là một thiết bị hoạt động độc lập trong hệ thống, do đó: Có thể mở rộng cấu trúc dễ dàng. Có thể thực hiện tối ưu hóa hệ thống dễ dàng qua phân tích từng thành phần tích hợp. Cân bằng các góc cân có thể thực hiện bằng thiết bị. Thay đổi, sửa lỗi một load cell không ảnh hưởng đến các load cell khác. Công việc thực hiện dễ dàng và đơn giản, tiết kiệm thời gian. Một số ưu điểm khác : Với hệ thống yêu cầu độ chính xác vừa và thấp có thể tự động chỉnh định mà không cần tải chết. Load cell có thể thay thế mà không cần chỉnh định lại. Các thiết bị theo chuẩn RS485/422 đều có thể tham gia vào hệ thống. Nhiều hệ thống có thể kết nối và điều khiển bởi một trạm. Chỉ đơn giản là mở rộng đường dây cable. Tiết kiệm phần cứng. Phần mềm dễ dàng phát triển. … Những ưu điểm của hệ load cell số cho phép trong các ứng dụng độ chính xác cao và chống chịu nhiễu tốt, đặc biệt ở những ứng dụng yêu cầu các điểm đo nằm phân tán trên phạm vi rộng Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell. Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưa biết. Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này. Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỉ lệ với mức độ thay đổi của điện trở. 2.2.2. Một số Loadcell thực tế Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques. Inc, Tedea - Huntleigh... Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén. Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell có màu sắc khác nhau. Trong thực tế còn có loại loadcell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầu dây. Sơ đồ nối dây của loại loadcell này có thể có hai dạng như sau: a. Dạng nối dây 1 b.Dạng nối dây 2 Hình 2.4: Các dạng nối dây của loadcell Như vậy, thực chất loadcell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở cả hai cách nối ta tìm hiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -veInput (Exc-) và -veSense (Sense-) là nối tắt. Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau. Do đó cách kết nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp. Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi loadcell và thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giá trị này có thể là từ 2 miliVolt/Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tùy loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải... (Với giá trị điện áp ra danh định là 2miliVolt/Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện áp ra sẽ là 20 miliVolt ứng với khối lượng tối đa). Giới thiệu load cell sử dụng trong đồ án này là VLC-100: Loadcell VLC-100 do công ty Virtual Measurements & Control LLC (CA,USA) sản xuất. Hình ảnh loadcell như sau: Hình 2.5: Loadcell VLC-100 Sau đây là bảng các đặc tính kỹ thuật của loadcell VLC-100 (Tham khảo trong tài liệu) VLC-100 SPECIFICATIONS: Rated output 3mV/V±0.25% Non-linearity 0.03% Hysteresis 0.03% Non-repeatability 0.02% Creep 0.03% Input resistance 385 ± 15ohms Output resistance 350 ± 3ohms Safe overload 150% Ultimate overload 300% Excitation voltage 10VDC Max. excitation voltage 15VDC Insulation resistance >2000Mohms Environmental Protection IP67 Tank weighing Hopper weighing Platform scales DESCRIPTIONS Alloy tool steel Low sensitivity to axial loads VLC-100 (2,5klb) cho cân cốt liệu, VLC-100 (1klb) cho cân nước, VLC (1,5klb) cho cân xi măng. 2.3. Van điện từ Căn cứ theo yêu cầu điều khiển trạm trộn, Công ty hiện đang sử dụng hai loại van điện từ. Loại dùng khí nén và loại dùng thủy lực. 2.3.1. Các van khí nén a. Các van điều khiển hướng (solenoide): Các van điều khiển hướng là các thiết bị tác động đến đường dẫn các dòng Ckhí. Tác động có thể là: cho phép khí lưu thông đến các đường ống dẫn khí, ngắt các dòng không khí khi cần thiết bằng cách đóng các đường dẫn hoặc phóng thích không khí vào trong khí quyển thông qua cổng thoát. Van điều khiển hướng được đặc trưng bằng số các đường dẫn được điều khiển, cũng chính là số cổng của van và số vị trí chuyển mạch của nó. Cấu trúc của van là yếu tố quan trọng ảnh hưởng về các đặc tính của dòng chảy của van, chẳng hạn như lưu lượng, sự suy giảm áp suất và thời gian chuyển mạch. b.Van chắn: Van chắn là loại van chỉ cho dòng khí nén chảy theo một chiều, chiều ngược lại dòng khí nén sẽ bị khóa lại. Áp suất ở phía sau van theo chiều dòng chảy, sẽ tác động lên cơ cấu đóng cửa thông khí của van. Hình 2.6: Van điều khiển hướng C. Van áp suất: Van áp suất là các van tác động chủ yếu đến áp suất hoặc được điều khiển bởi độ lớn của áp suất. Chúng được chia thành 3 nhóm: - Van điều tiết áp suất - Van giới hạn áp suất - Van trình tự 2.3.2. Loại van dùng thủy lực Căn cứ theo yêu cầu của công nghệ trộn bê tông, hiện công ty đang sử dụng loại van đảo chiều 4 cửa hai vị trí tác động trực tiếp bằng nam châm điện. A B P T Hình 2.7. Cấu tạo van điện từ Nguyên lý hoạt động như sau: Tại ví trí thông của P nối thông với của T khi dòng điện vào cuộn dây, pittong được kéo lên van chuyển vị trí, lúc này cửa P được nối thông với cửa A, còn cửa B nối với cửa R. 2.4. Công tắc hành trình Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng, mở, hoặc các tín hiệu là kết quả của tác động cơ học làm công tắc mở hoặc đóng. Loại công tắc này có thể được sử dụng để cho biết sự hiện diện của chi tiết gia công trên bàn máy, do đó chi tiết ép vào công tắc làm cho công tắc đóng. Sự vắng mặt của chi tiết gia công được chỉ thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu của chi tiết được biểu thị bằng công tắc đóng. Điện áp nguồn PLC Kênh nhập b) Điện áp nguồn PLC Kênh nhập a) Hình 2.8. Các bộ cảm biến công tắc Do đó, với cách bố trí được trình bày trên hình a, các tín hiệu nhập đối với kênh nhập đơn của PLC có các mức logic như sau: + Không có chi tiết: 0 + Có chi tiết : 1 Mức 1 có thể tương ứng với tín hiệu nhập 24VDC, mức 0 tương ứng với tín hiệu nhập 0V. Với cách bố trí được trình bày trên hình b, khi công tắc mở, điện áp được cung cấp cho đầu vào của PLC, khi công tắc đóng điện áp vào sụt đến giá trị thấp. Các mức logic là: + Không có chi tiết: 0 + Có chi tiết : 1 Thuật ngữ công tắc giới hạn (công tắc hành trình) được sử dụng cho công tắc chuyên dùng để phát hiện sự có mặt của chi tiết chuyển động. Công tắc này có thể được vận hành bằng cam, trục lăn hoặc đòn bẩy. Nút vận/h công tắc Con lăn ấn xuống bằng cách nhấn b) Nút vận/h công tắc Đòn bẩy ấn xuống bằng cách nhấn a) Nút vận/h công tắc Cam quay c) Hình 2.9.Công tắc giới hạn vận hành.(a. Đòn bẩy, b. Con lăn, c. Cam) 2.5. Động cơ điện Động cơ điện được sử dụng rộng rãi trên các máy cố định hoặc di chuyển ngắn theo quỹ đạo nhất định như: băng tải, máy trộn bê tông, máy nghiền đá... Động cơ điện có nhiều chủng loại công suất và chia ra làm 2 loại: động cơ điện 1 chiều và động cơ điện xoay chiều. Động cơ điện xoay chiều lại chia ra: loại không đồng bộ và loại đồng bộ. Trong trạm trộn bê tông ta chọn loại động cơ không đồng bộ với roto lồng sóc vì nó có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện 2 pha không cần biến đổi dòng điện, hiệu suất cao, chịu vượt tải tương đối tốt, thay đổi chiều quay và khởi động nhanh, dễ tự động hóa. Điều kiện vệ sinh công nghiệp tốt, ít gây ô nhiễm môi trường. Nhược điểm: Cosj của máy thường không cao lắm và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt. Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC S7-300 CHO TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI 3.1. Xây dựng sơ đồ điện cho hệ thống trạm trộn bê tông tươi. 3.1.1. Sơ đồ đấu dây cho trạm trộn bê tông 3.2. Nguyên lý vận hành 3.2.1. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ trạm trộn Nguồn điện tổng vào hệ thống trạm trộn là 380 V, khi đóng Aptomat Q0 nguồn điện vào hệ thống trạm trộn có điện. Đóng khởi động từ KM1 để động cơ cối trộn bắt đầu hoạt động, khởi động từ KM2 và KM3 có tác dụng đổi nguồn điện động cơ từ đấu sao sang tam giác hoặc ngược lại, người điều khiển bắt đầu vận hành quá trình trộn. Đóng khởi động từ KM4 thì động cơ xe Skip đưa cốt liệu lên thùng trộn chính, trường hợp xe đi xuống thì khởi động từ KM5 đóng và KM4 hở, đồng thời KM6 và KM7 đóng để động cơ vít tải xiên hoạt động, đưa xi măng vào thùng trộn chính nếu đủ số lượng đặt thì KM6 và KM7 hở ra. Lúc này KM5 đóng đồng thời KM4 mở ra đưa xe Skip xuống, động cơ cối trộn chính hoạt động trong 5s thực hiện công đoạn trộn khô. Sau khi trộn khô thì KM8, KM9 mở ra bơm nước và Bơm phụ gia, khi đủ số lượng nước và phụ gia thì chúng hở ra. Lúc này động cơ cối trộn chính tiếp tục công đoạn trộn ướt trong 15s thì KM1 đóng. KM7, KM8 đóng thì động cơ máy nén và động cơ rung phễu hoạt động. 3.2.2. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển có hai chế độ hoạt động + Bằng tay: Khi hoạt động người điều khiển phải ấn từng nút trên bàn điều khiển. Hệ thống hoạt động rời rạc, đòi hỏi khi thao tác phải cẩn thận không nhầm lẫn. + Tự động: Khi chọn chế độ này, người điều khiển hầu như không cần phải làm gì, tất cả đã được bộ PLC lập trình làm sẵn. So với chế độ tay thì chế độ tự động này có ưu điểm vượt trội, nhưng đòi hỏi khi lập trình cần chính xác và các khâu liên kết logic để cho quá trình hoạt động đạt năng suất nhất. 3.3. Lưu đồ thuật toán 4 4 Hình 3.1. Sơ đồ thuật toán Hình 3.2. Sơ đồ thuật toán Hình 3.3. Sơ đồ thuật toán 3.4. Phân công đầu Vào/Ra Số Lượng Địa chỉ Chú thích 1 I0.0 Start 2 I0.1 Stop 3 I0.2 Auto 4 I0.3 Manu 5 I0.4 CTHT xe Skip Dưới 6 I0.5 CTHT xe Skip Trên 7 I0.6 CTHT khi có sự cố 8 I0.7 Cảm biến giới hạn Dưới 9 I1.0 Cảm biến giới hạn Trên 10 I1.1 Đủ số mẻ trộn 11 I1.2 ĐKLV 12 I1.3 Cảm biến cân cốt liệu 13 I1.4 Cảm biến cân xi măng 14 I1.5 Cảm biến cân nước 15 I1.6 Cảm biến cân phụ gia 16 Q0.0 Van xả cát 17 Q0.1 Van xả đá 1 18 Q0.2 Van xả đá 2 19 Q0.3 Van xả xi măng trung gian 20 Q0.4 Van xả xi măng xuống thùng trộn 21 Q0.5 Van xả nước 22 Q0.6 Van xả phụ gia 23 Q0.7 Xe Skip lên 24 Q1.0 Skip xả cốt liệu Q1.1 Xe Skip xuống Q1.2 Động cơ cối trộn Q1.3 Xả bê tông tươi xuống xe tải Q1.4 Cân phụ gia Chương 4 GIAO DIỆN MÔ PHỎNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI BẰNG WINCC 4.1. Giới thiệu về WINCC (Windows Control Center). Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và kỹ thuật, nước ta đã và đang xây dựng càng ngày càng nhiều nhà máy, xí nghiệp đa dạng về công nghệ.Ngành tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu phát triển của sản xuất. Và WINCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada (HMI) trong lĩnh vực dân dụng cũng như trong công nghiệp. WINCC được dùng để điều hành các màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình. WINCC là một phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu nhập dữ liệu trong quá trình sản xuất., theo nghĩa hẹp thì WINCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện Người và máy - HMI trong hệ thống SCADA. WINCC cung cấp các module chức năng thường dùng trong công nghiệp như: Hiển thị ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo. Giao diện điều khiển mạnh, việc truy nhập ảnh nhanh chóng và chức năng lưu trữ an toàn (bảo mật), tính hữu dụng cao... WINCC cho phép người sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm giao diện chương trình ứng dụng API (Application Program Interface) của hệ điều hành. Ngoài ra sự kết hợp giữa chương trình WinCC và các công cụ phát triển riêng như: Visual C++ hoặc Visual Basic sẽ tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn kết với một cấu hình cụ thể nào đó. WINCC có thể tạo một giao diện Người - Máy(HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC...) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Nó giúp người vận hành theo dõi được quá trình sản xuất, thay đổi dữ liệu tham số, đồng thời hiển thị trực tiếp các tham số đó cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các hệ thống tự động.... 4.2. Ghép nối Wincc với PLC S7-300 4.2.1. Kết nối truyền thông giữa Wincc và PLC Có rất nhiều cách truyền thông giữa PLC và WinCC: Như MPI, Profibus, Ethernet. Internet, hoặc sử dụng card CP5611A2 cũng truyền thông được(dạng này cũng thuộc kiểu profibus) - MPI: sử dụng cáp truyền MPI tốc độ truyền tối đa là 12mbit/s, cái này thì đơn giản nhất trong truyền thông giữa Wincc và PLC - Profibus: Cũng sử dụng cáp Profibus, cái này chỉ việc thiết lập trong cấu hình PLC và wincc là truyền thông được thôi, trong wincc lựa chọn giao thức là Simatic s7 Protocol suite - Ethernet: Hơi phức tạp hơn 2 cái trên một tí thôi nhưng không có gì, cũng phải thiết lập cấu hình phần cứng cho PLC và wincc cũng chọn phương thức là Simatic s7 Protocol suite. 4.2.1. Cách kết nối giữa Wincc và S7-300 - Trong WinCC ta vào Tag Management/Industrial Ethernet rồi thêm vào New Driver Connection. - Trong Simatic manager phần HW Config ngoài PS, CPU ta thêm vào Slot 4 module CP443-1. Để chạy chương trình trên S7-PLCSIM thì tùy vào Version bao nhiêu ta sẽ phải thay đổi bằng cách chọn AS...khi mở ứng dụng PLCSIM hoặc vào Simatic manager/ Options/ Set PG.PC Interface/ chọn PLCSIM(ISO)  ->OK sau đó download chương trình đã viết vào PLCSIm và chạy Runtime WinCC. 4.3. Giao diện mô phỏng quá trình trộn bê tươi của nhà máy. Công Ty có hai Trạm trộn bê tông tươi, một trạm trộn Lorev Do ITALIA sản xuất. Trạm có công suất hoạt động là 120m3/h. Đây là đây truyền hiện đại ở Hải Và một trạm trộn bê tông tươi Kabag do cộng hòa Liên bang Đức sản xuất với công suất hoạt động là 110m3/h. Giao diện dưới đây được mô phỏng trạm trộn Lorev của ITALIA sản xuất. Nó bao gồm 2 XILO chứa xi măng, một thùng chứa nước, một thùng chứa phụ gia. Có 3 phễu chứa cốt liệu gồm cát + đá 1 + đá 2, sau đó được cho xuống xe Skip để cân và xe skip đi lên cho cốt liệu vào bồn trộn cùng xi măng được vít tải xiên chuyển từ 2 XILO tới bồn cân xi măng để cho xuống cối trộn. Sauk hi trộn khi gồm cốt liệu và xi măng trong khoảng thời gian ngắn thì nước và chất phụ gia được bơm vào bồn bằng định lượng thể tích để trộn ướt, sau khi trộn ướt trong bồn trộn xong bê tông tươi được xả xuống xe vận chuyển đến nơi xây dựng. Dưới đây là giao diện mô phỏng trạm trộn bê tông tươi bằng Wincc Hình 4.1. Giao diện mô phỏng trạm trộn bê tông tươi 4.4. Kết quả mô phỏng Sau khi thiết kế giao diện trạm trộn cùng đặt các biến(tag) và kết nối xong, bắt đầu mô phỏng giao diện trên thì thấy: Khi ấn nút Start thì các động cơ như vít tải xiên tải xi măng tới thùng trộn chính, động cơ Skip kéo vật liệu(cát + đá) đi lên đổ vào thùng trộn, lúc này động cơ thùng trộn chính hoạt động trộn khô,khi bắt đầu trộn khô thì vít tải xiên dừng và xe skip đi xuống. và v. Sau một thời gian thì động cơ bơm nước và bơm phụ gia hoạt động, động cơ thùng trộn chính tiếp tục trộn ướt. Trộn ướt xong thì bắt đầu xả bê tông tươi từ thùng trộn chính xuống xe tải vận chuyển đi. Khi ấn nút Stop thi toàn bộ hệ thống trạm trộn dừng. Khi có sự cố thì có tín hiệu từ đèn báo sự cố. KẾT LUẬN Dưới sự hướng dẫn rất nhiệt tình của giảng viên Nguyễn Thanh Lịch cùng các thầy cô giáo trong bộ môn tự động hóa, đến nay em đã hoàn thành đồ án của em với đề tài “ Ứng dụng PLC S7-300 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động” của Công ty Xây lắp Thương mại Hải Phòng. Đây là chương trình kết nối phần cứng PLC với máy tính, do còn hạn chế về kiến thức nên trong đồ án còn nhiều chỗ còn chưa đầy đủ và cụ thể hoặc em chưa đề cập sâu . Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đồ án của em được hoàn thiện đầy đủ hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Thanh Lịch đã hết sức nhiệt tình giúp đỡ em, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn sinh viên lớp Tự động hóa K50 – Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này! Hà Nội, ngày 20 tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Hoan TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, 1999, Điều khiển số máy điện,Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Thái Duy Thức, Phan Minh Tạo, 2000, Thiết kế truyền động điện, Nhà xuất bản giao thông vận tải. Nguyễn Phùng Quang, 1996, Điều khiển tự động truyền động xoay chiều ba pha, nhà xuất bản giáo dục. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà, 2007, Tự động hóa với Simatic S7-300, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Trần Thu Hà, Trần Quang Huy, 2007, Lập trình với S7-300 & Wincc, Nhà xuât bản Hồng Đức. Internet. Và một số tài liệu khác… PHỤ LỤC Chương trình điều khiển trạm trộn bê tông tươi

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docỨng dụng PLC S7-300 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động.doc