Đề tài Điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông SCADA sử dụng phần mềm WinCC

R15. Cuộn hút R15 được cấp đủ nguồn sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở R15 (62-350) của rơle trung gian R15 đóng lại cấp nguồn 220V cgo cuộn hút K20. Tiếp điểm khởi động từ K20 sẽ cấp nguồn động lực cho động cơ kéo xe skíp, xe skíp bắt đầu đilên. Xe skíp đi lên đến DT1, tiếp điểm thường đóng R14 (251-252) và tiếp điểm thường đóng R13 (247-252) chưa đóng báo chưa hết một chu kỳ trộn đồng thời lúc đó Q1.4 đã mở thì rơle trung gian R15 không thể hoạt động, xe skíp sẽ dừng lại ở vị trí chờ đi tiếp. Khi đã kết thúc một chu kỳ trộn, DTT đóng báo cửa xả bê tông đã đóng, tiếp điểm Q1.4 lại đóng, nguồn 24V từ Q1.4 sẽ qua tiếp điểm thường mở DTT (246-251), qua tiếp điểm thường đóng R14 (251-252), qua tiếp điểm thường đóng 247-252), (hai tiếp điểm này báo toàn bộ thời gian trộn và xả bê tông) qua tiếp điểm thường đóng công tắc hành trình DT2 (báo chưa đến điểm xả cốt liệu), qua tiếp điểm thường đóng của rơle trung gian điều khiển xe skíp đi xuống R16 (248-249), (báo xe skíp không đi xuống) cấp đến 1 đầu cuộn hút role trung gian R15. Cuộn hút R15 được cấp đủ nguồn sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở R15 (62-350) của rơle trung gian R17 đóng lại cấp nguồn 220V cho cuộn hút K20. Tiếp điểm khởi động từ K20 sẽ cấp nguồn động lực cho động cơ kéo xe skíp, xe skíp lại đi lên, xe skíp lên tới điểm xả cốt liệu, DTT mở ra, cắt nguồn 24V cấp cho rơle R15, xe skíp lên tới điểm xả cốt liệu, DTT mở ra, cắt nguồn 24V cấp cho rơle R15, xe skíp dừng và xả cốt liệu vào cối trộn. - Chế độ hoạt động bằng tay: Công tắc gầu đặt ở chế độ bằng tay, khi ấn nút điều khiển chạy C9. Dương nguồn 24V từ C9 qua tiếp điểm thường đóng công tắc hành trình DT1 (báo chưa đến điểm đợi), qua tiếp điểm thường đóng công tắc hành trình DT2 (báo chưa đến điểm xả cốt liệu), qua tiếp điểm thường đóng cửa rơle trung gian điều khiển xe skíp đi xuống R16 (248-249), (báo xe skíp không đi xuống) cấp đến 1 đầu cuộn hút rơle trung gian R15. Cuộn hút R15 được cấp đủ nguồn sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở R15 (62-350) của rơle trung gian R17 đóng lại cấp nguồn 220V cho cuộn hút K20. Tiếp điểm khởi động từ K20 sẽ cấp nguồn động lực cho động cơ kéo xe skíp, xe skíp bắt đầu đi lên. Xe skíp đi lên đến DT1, tiếp điểm thường đóng DT1 mở ra, cắt nguồn 24V cấp cho R15, nếu chưa hết một chu kỳ trộn, tiếp điểm thường đóng R14 (251-252) và tiếp điểm thường đóg R13 (247-252) chưa đóng báo chưa hết một chu kỳ trộn đồng thời lúc đó nếu có ấn C9 thì rơle trung gian R15 cũng không thể hoạt động, xe skíp sẽ dừng lại ở vị trí chờ đi tiếp. Khi đã kết thúc một chu kỳ trộn, DTT đóng báo cửa xả bê tông đã đóng, ta ấn nút C9, nguồn 24V từ nguồn qua C9 sẽ qua tiếp điểm thường mở DTT (246-251), qua tiếp điểm thường đóng R14 (251-252), qua tiếp điểm thường đóng R13 (247-252), (hai tiếp điểm này báo toàn bộ thời gian trộn và xả bê tông) qua tiếp điểm thường đóng công tắc hành trình DT2 (báo chưa đến điểm xả cốt liệu), qua tiếp điểm thường đóng của rơle trung gian điều khiển xe skíp đi xuống R16 (248-249), (báo xe skíp không đi xuống) cấp đến 1 đầu cuộn hút rơle trung gian R15. Cuộn hút R15 được cấp đủ nguồn sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở R15 (62-350) của rơle trung R17 đóng lại cấp nguồn 220V cho cuộn hút K20. Tiếp điểm khởi động từ K20 sẽ cấp nguồn động lực cho động cơ kéo xe skíp, xe skíp lại đi lên, xe skíp lên tới điểm xả cốt liệu, DTT mở ra, cắt nguồn 24V cấp cho rơle R15, xe skíp dừng và xả cốt liệu vào cối trộn. Trong khi xe skíp đi lên, bất cứ khi nào ta ấn nút dừng D9, ngay lập tức cuộn hút R15 mất điện, xe skíp dừng ngay lập tức. Hoạt động đi xuống: - Chế độ hoạt động tự động: Công tắc gầu đặt ở chế độ tự động, khi có tín hiệu điều khiển từ PLC (tiếp điểm thường mở Q1.5 đóng lại). Dương nguồn 24V từ nguồn qua Q1.4 qua tiếp điểm thường đóng mở chậm của rơle thời gian T2), qua tiếp điểm thường đóng của rơle trung gian điều khiển xe skíp đi lên R15 (255-256), (báo xe skíp không đi lên) cấp đến 1 đầu cuộn hút rơle trung gian R16 (62-360) của rơle trung gian R16 đóng lại cấp nguồn 220V cho cuộn hút K21. Tiếp điểm khởi động từ K21 sẽ cấp nguồn động lực cho động cơ kéo xe skíp, xe skíp bắt đầu đi xuống. Xe skíp đi xuống đến DT0 (báo đã đến điểm chờ cốt liệu từ bong ke), nó dừng lại nhưng cáp kéo vẫn còn căng, việc cân cốt liệu lúc này sẽ không chính xác. Để cho cáp trùng, tiếp điểm thường mở DTO (62-635) mở ra, cắt nguồn cấp cuộn hút rơle thời gian. Sau một khoảng thời gian chỉnh định, tiếp điểm thường đóng mở chậm của rơle thời gian T2 mở ra, cắt nguồn điều khiển R16, tới cáp bây giờ mới ngừng nhả cáp, cáp kéo liệu đã chùng, việc cân, đo cốt liệu bây giờ mới chính xác. - Chế độ hoạt động bằng tay: Công tắc gầu đặt ở chế độ tay, khi ấn nút chạy C10 dương nguồn 24V từ nguồn qua C10 qua tiếp điểm thường đóng mở chậm của rơle thời gian T2), qua tiếp điểm thường đóng của rơle trung gian điều khiển xe skíp đi lên R15 (255-256), (báo xe skíp không đi lên) cấp đến 1 đầu cuộn hút rơle trung gian R16. Cuộn hút R16 được cấp đủ nguồn sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở R16 (62-360) của rơle trung gian R16 đóng lại cấp nguồn 220V cho cuộn hút K21. Tiếp điểm khởi động từ K21 sẽ cấp nguồn động lực cho nguồn động cơ kéo xe skíp, xe skíp bắt đầu đi xuống. Xe skíp đi xuống đến DT0 (báo đã đến điểm chờ cốt liệu từ bong ke), nó dừng lại nhưng cáp kéo vẫn còn căng, việc cân cốt liệu lức này sẽ không chính xác. Để cho cáp trùng, tiếp điểm thường mở DTO (62-635) mở ra, cắt nguồn cấp cuộn hút rơle thời gian. Sau một khoảng thời gian chỉnh định, tiếp điểm thường đóng mở chậm của rơle thời gian T2 mở ra, cắt nguồn điều khiển R16, tới cáp bây giờ mới ngừng nhả cáp, cáp kéo liệu đã chùng, việc cân, đo cốt liệu bây giờ mới chính xác. Muốn dừng bất cứ khi nào, ta chỉ cần nhả nút bấm C10, ngay lập tức xe skíp dừng lại, không xuống nữa- Cổng phụ EM 231: Là cổng mở rộng nhận tín hiệu tương tự từ cân nước gửi về. Cổng này có 4 đầu vào tương tự, không có đầu ra. 2.6.1. Tính chọn công suất động cơ: Căn cứ vào yêu cầu của trạm ta sẽ chọn các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Động cơ ngắn hạn lặp lại: là chế độ mà thời gian mang tải và thời gian nghỉ xen kẽ nhau. Khi làm việc nhiệt sai tăng lên nhưng chưa tới ổn định. Thời gian nghỉ giảm nhưng chưa tới 0. Đối với chế độ ngắn hạn lặp lại người ta dùng khái niệm hệ số đóng điện ε% (Hệ số tiếp điện). ε% = = (II.1) trong đó: tlv: là thời gian làm việc có tải tc.kỳ= tlv+ tnghỉ : là thời gian của một chu kỳ. Người ta đã chế tạo chuẩn: Ngắn hạn lặp lại tải thay đổi: Khi ε% = ε%chuẩn ta tính theo công thức: (II.2) Trong đó :Mi: trị số mômen ứng với khoảng thời gian ti . Mđt: mô men đẳng trị. Ptđ: Công suất tương đương. Khi ε% ≠ ε%chuẩn thì ta phải tính ra Mđt từ đó ta tính ra Pđt. Do đó công suất tính toán Ptt được tính theo công thức sau: (II.3) Sau đó tính chọn công suất định mức Pđm lớn hơn hoặc bằng công suất tính toán Ptt (Pđm ≥ Ptt). Ngắn hạn lặp lại tải không đổi: Đối với ngắn hạn lặp lại tải không đổi thì chọn công suất định mức Pđm lớn hơn hoặc bằng công suất yêu cầu Pyc (Pđm ≥ Pyc) phù hợp giữa ε%tải và ε%chuẩn, tốc độ thích hợp. Khi ε% ≠ ε%chuẩn thì ta phải tính: . (II.4) Sau đó tính chọn Pđm≥ Ptt như bình thường. 2.7 Yêu cầu công nghệ của trạm trộn bê tông 2.7.1Yêu cầu công nghệ của cối trộn Khi động cơ trộn quay, qua hộp giảm tốc nó kéo trục trính cối trộn quay. Trên trục chính có gắn các cánh trộn, các cánh trộn quay trong cối trộn sẽ đảo đều vật liệu trong cối trộn Thời gian trộn có thể kéo dài từ 30 đến 60 giây tuỳ theo người vận hành đặt + Yêu cầu chiều quay cánh trộn : - Đây là chuyển động quay theo một chiều, - Không cần ổn định tốc độ - Mômen quay lớn - Làm việc liên tục trong cả ca sản xuất + Yêu cầu đối với động cơ kéo cánh trộn - Làm việc trong chế độ dài hạn - Không cần ổn định tốc độ - Động cơ trộn có các thông số : P =22 Kw , n = 1000 v/ph + Yêu cầu điều khiển : Khi khởi động trạm trộn, động cơ trộn hoạt động đầu tiên, ta phải chắc chắn các thiết bị khác trong trạm sẵn sàng hoạt động, các cửa xả sẵn sàng( khí nén đủ ), nguyên vật liệu đủ, se skíp ở vị trí hứng liệu, cửa xả bê tông ở vị trí đóng, nguồn điện cấp cho các thiết bị khác đã có đủ, các yêu cầu về mác bê tông, số lượng bê tông cần trộn rõ ràng. 2.2.2 Yêu cầu nghệ của xe skíp kéo liệu Cấu tạo là một thùng rỗng có miệng đễ hứng cốt liệu , có cửa xả cốt liệu, di chuyển lên- xuống trên 2 thanh ray và được một tời kéo liệu kéo Hoạt động: ở đầu chu kỳ hoạy động xe skíp nằm ở vị trí chờ cốt liệu từ bong ke rơi xuống, khi khối lượng vật liệu đã đủ nó được tời kéo liệu kéo lên vị trí đổ cốt liệu vào cối trộn nếu lúc đó cửa xả bê tông đã đóng, động cơ trộn còn đang làm việc và số mẻ trộn còn tiếp tục. Nếu trong quá trình kéo lên tói gần vị trí đổ cốt liệu mà chu kì trộn của mẻ trước chưa kết thúc ( Trong cối trộn vật liệu vẫn còn, bê tông chưa xả hết hoạc cửa xả chưa đóng lại ) thì xe skíp phải dừng lại cho đén khi chu kì hoạt động của mẻ trước kết thúc mới được phép đi lên đổ cốt liệu vào cối trộn. Sau khi đổ hết cốt liệu nó laị đi xuống vị trí chờ đổ cốt liệu + Yêu cầu chuyển động: Dừng khi: Đợi xả cốt liệu từ bong ke Chờ kết thúc chu kì trộn của mẻ trước Chờ đổ hết cốt liệu cào cối trộn Đi lên khi: Không có lệnh dừng để đợi Trọng lượng cốt liệu trong thùng đã đủ Đi xuống khi: Đã đổ hết cốt liệu vào cối trộn +Yêu cầu về động cơ Làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Có đảo chiều quay Khởi động trong chế độ đầy tải Không cần ổn định tốc độ trong xuốt quá trình làm việc Động cơ có P = 7,5 Kw, n = 1450 v/ph 2.7.3 Yêu cầu công nghệ của vít tải đứng Cấu tạo: Gồm một trục vít vô tận lằm trong một ống bằng kim loại. Nó được kéo quay bằng động cơ KĐB. Khi quay nó kéo vật liệu kằm trong các khoang trống đi theo. Vít tải đứng chỉ làm việc khi ta cấp xi măng cho silô chứa +Yêu cầu về chuyển động Không đảo chiều quay Không ổn định tốc độ Chỉ hoạt động khi cấp xi măng lên silô chứa Hoạt động trong chế độ dài hạn + Yêu cầu về động cơ Động cơ có công suất P = 7,5 Kw, n = 1450 vòng / phút Hoạt động ở chế độ dài hạn Không đảo chiều quay Không ổn định tốc độ trong quá trình làm việc 2.7.4 Yêu cầu công nghệ của vít tải xiên Cấu tạo giống vít tải đứng Hoạt động: Khi có lệnh điều khiển, động cơ quay kéo vít tải quay, nó xẽ đưa dần xi măng lên thùng cân. Đây là chuyển động không đảo chiều quay, không cần ổn định tốc độ , dừng chính sác Yêu cầu đối với động cơ kéo vít tải xiên Động cơ có công suất P =11 Kw, n= 1450 v/ph Hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại Không đảo chiều quay Không ổn định tốc độ trong quá trình làm việc 2.75. Yêu cầu công nghệ của máy nén khí máy nén khí tạo ra nguồn khí có áp suất cao cấp cho các pitông đóng mở cửa xả cốt liệu, xả nước, xả ximăng và bê tông. Trong trạm trộn máy nén khí còn phải làm việc trước cả cối trộn . Máy sẽ tự dừng hoạt động khi áp suất trong bình đạt yêu cầu + yêu cầu về động cơ kéo máy nén khí không ổn định tốc độ chỉ quay theo một chiều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Động cơ có thông số P = 2 Kw, n = 1450 v/ph 2.7.2 Yêu cầu công nghệ của bơm nước Bơm nước cấp nước từ bể chứa lên thùng cân nước. Đây là hoạt động không đảo chiều quay và có dừng chính xác. + yêu cầu về động cơ kéo máy bơm nước không ổn định tốc độ chỉ quay theo một chiều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Động cơ có thông số P = 3 Kw, n = 1450 v/ph 2.7.3 Yêu cầu công nghệ của đầm rung Cấu tạo : là động cơ KĐB rô to lồng sóc, hai đầu rô to có gắn các vành lệch tâm, khi quay hai vành loch tâm này tạo ra sự rung động rất lớn. Nếu ta gắn đầm rung vào cửa xả cốt liệu, với lực rung như vậy các cửa xả sẽ khong bị tắc. + yêu cầu về đầm rung không ổn định tốc độ chỉ quay theo một chiều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Động cơ có thông số P = 0,15Kw , 0,25Kw , 0,25 Kw ,0,15 Kw, n = 1450 v/ph 2.7.4 Yêu cầu công nghệ của cửa sả cốt liệu Các cửa xả cốt liệu được đóng mở nhờ lực của các pittông khí nén. Quá trình đóng mở này phải thật chính xác về thời gian thực. Nếu sai, khối lượng vật liệu cho vào trộn xẽ sai và ta không khống chế được mác bêtông cũng như khối luọng một mẻ trộn Căn cứ vào thực nghiệm và yêu cầu công suất của trạm Văn điền ta có công suất của các động cơ sau: Pđộng cơ trộn = 22 KW Pđộng cơ xe kíp =7.5 KW Pđộng cơ vít tải đứng =7.5Kw P động cơ vít tải xiên =11KW Pđộng cơ bơm nước = 3 KW Pđộng cơ phụ gia = 0,4 KW P động cơ đầm cát = 0,15 KW P động cơ đầm đá 1 = 0,25 KW P động cơ đầm đá 2 = 0,25 KW P động cơ đầm xi măng = 0,15 KW Tất cả các động cơ trên đều dùng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc Sơ đồ cung cấp điện cho trạm trộn TI 500/5A Biến áp 200 KVA 35/ 0,4 CC 35 KV DCL 6A Động cơ đầm cát, xi măng 160A Động cơ trộn chính 50 A Động cơ xe kíp Động cơ vít tải 10 A 10 A Động cơ bơm nước 6A Động cơ bơm phụ gia 60 A Động cơ nén khí 6A Động cơ đầm đá1, đá2 600 A MF dự phòng 600A G 2.8,1.Thiết kế trạm biến áp: Công suất tính toán của trạm là: Stt = (Pđộng cơ trộn + Pđộng có xe kíp + Pvít tải + Pnén khí +Pbơm nước +Pbơm phụ gia +Pđầm cát +Pđầm xi + Pđầm đá1 + Pđầm đá 2 )/ 0,8 = ( 22 + 7.5*2 + 11+ 3 +0.4+0.15+0.25+0.25*2+0.15= 65.56kw Trong đó: 0,8 là hệ số cosj tính chung cho toàn bộ động cơ. Do sử dụng một máy biến áp nên ta chọn công suất của máy biến áp SđmB lớn hơn hoặc bằng công suất tính toán Stt (SđmB òStt) Ta chọn công suất máy biến áp là: SđmB=200 KVA 35 KV/ 0,4KV. Do máy biến áp này được chế tạo trong nước nên ta không phải tính toán đến hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ. Để trạm trộn hoạt động liên tục, khi xảy ra mất điện thì trạm đã lắp một máy phát điện dự phòng. Máy này được đấu song song với máy biến áp. Khi xảy ra mất điện thì ngay lập tức máy phát sẽ cấp điện trở lại cho hệ thống được tiếp tục làm việc. 2.8.2. Lựa chọn máy cắt điện. Dòng điện cưỡng bức qua máy cắt: Icb= ==5,7 A6A Trong đó: Uđm là điện áp định mức của lưới điện trung áp. Đường dây dẫn điện dài 6 Km tiết diện 150 mm2 từ trạm trung áp về trạm biến áp của hệ thống, trên thực tế tại trạm Tây Mỗ: Rdây = 1,26 , X dây = 2,22 Trong đó: Rday là điện trở dây dẫn. Xdây là điện kháng dây dẫn. Dòng điện ngắn mạch qua máy cắt: IN = ixk = . kxk.IN =. 1,6. 7,92 =18 KA. Trong đó: Utb là điện áp trung bình của mạng trung áp. ixk là dòng điện xung kích khi ngắn mạch ba pha. kxk gọi là hệ số xung kích, hệ số này có thể tra theo đường cong ở hình 7.21 -Theo [TL- 3]. Bảng thông số của máy cắt: Loại Điện áp định mức Dòng điện làm việc Giới hạn dòng điện cắt Dòng điện xung kích PB – 35/400 35KV 400A 44KA 50KA Từ các thông số của quá trình chọn thông số máy cắt ta có thể chọn được cầu chì cao áp. Cầu chì cao áp ta chọn loại của hãng SIMENS chế tạo các thông số ở bảng dưới đây: Loại Uđm Iđm Icắt N min Icắt N max 3GD 201 – 3B 35KV 30A 62A 63KA 2.8.3. Chọn tủ động lực: Tủ động lực gồm có 1 Aptômat tổng đầu vào và1 aptômat cấp từ lưới điện xuống các nhánh, một aptômat từ máy phát dự phòng, có 7 aptômat nhánh đầu ra đóng, cắt cho các động cơ phụ tải. Aptômat trong tủ động lực sử dụng aptômát của hãng Merlin Gerin của Pháp chế tạo. Các aptômát được đặt trong vỏ tủ tự tạo. Cụ thể chọn các aptômat như sau: Chọn aptômat tổng: = = Chọn aptômat nhánh cho động cơ trộn chính: Chọn aptômat cho động cơ xe kíp Chọn aptômat cho động cơ vít tải: Chọn aptômat cho động cơ bơm nước: Chọn aptômat cho động cơ bơm phụ gia: Chọn aptomat chođộng cơ máy nén khí: Chọn áptomat cho động cơ đầm cát, xi măng: Chọn aptomat cho động cơ đầm cát đá1, đá2: Bảng lựa chọn aptomat cho tủ động lực: dùng aptomat hạ áp kiểu MCCBS và ELCBS của hãng Mitsubishi Loại Số lượng Uđm Iđm Ingắt NF630-SE 2 500V 300A 600A NF100-SA T/A 1 415V 80A 160A NF50-HC 2 380V 5A 10A NF100-ST/A 1 380V 25A 60A NF30-SS 6 380V 3A 6A 2.9. Các phần tử đóng cắt, bảo vệ, đo lường liên động. 2..9.1. Thiết bị bảo vệ: Các thiết bị bảo vệ khác nhau sẵn sàng bảo vệ máy phát, máy biến áp đường dâyvà thiết bị tiêu thụ lưới điện. Mục đích của các thiết bị này là phát hiện sự cố cách ly chúng khỏi lưới một cách chọn lọc và nhanh chóng sao cho có thể hạn chế được nhiều nhất hậu quả của sự cố. Vì vậy các rơ le bảo vệ cần phải tác động nhanh với độ tin cậy cao và khả năng sẵn sàng đáp ứng cao nhất có thể được. Cầu chì: dùng để bảo vệ cho thiết bị điện và lưới điện tránh khỏi dòng điện ngắn mạch. Cầu chảy có bộ phận chủ yếu là dây chảy. Trị số mà dòng điện mà dây chảy bị chảy đứt được gọi là dòng điện giới hạn (Igh). Rõ ràng, cần có dòng điện giới hạn lớn hơn dòng điện định mức (Igh >Iđm) để dây chảy không bị đứt khi làm việc với dòng điện định mức. Thông thường, đối với dây chảy cầu chì thì: Igh= (1,25÷1,45)Iđm Nhược điểm: Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, dây chảy đứt, người vận hành phải thay dây chảy cầu chì do đó ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy Việc để cho người vận hành thay dây chảy cầu chì là tạo cho người vận hành chấp hành không đúng dẫn đến làm sai. Rơ le nhiệt:dùng để bảo vệ các thiết bị điện (động cơ) khỏi bị quá tải Rơ le nhiệt có dòng điện làm việc tới vài trăm Ampe, ở lưới điện một chiều 440V và xoay chiều tới 500V, tần số 50Hz. Trong thực tế sử dụng, dòng điện định mức của rơle nhiệt thường được chọn bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần được bảo vệ quá tải, sau đó chỉnh giá trị của dòng điện tác động là: Itđ= (1,2÷1,3)Iđm Công tắc: Là khí cụ đóng- cắt bằng tay hoặc bằng tác động cơ khí ở lưới điện hạ áp. Việc đóng, ngắt các tiếp điểm cũng có thể theo các nguyên tắc cơ khí khác nhau Sử dụng công tắc hành trình kiểu gạt có cần gạt với bánh xe ở đầu cần. Khi bị gạt, cần gạt sẽ gạt sang trái hoặc sang phải và từ đó đóng hoặc ngắt tiếp điểm bên trong công tắc. Nút ấn: Dùng để đóng- cắt mạch ở lưới điện hạ áp. Nút ấn thường được dùng để điều khiển các rơ le, công tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ... Sử dụng phổ biến nhất là dùng nút ấn trong mạch điều khiển động cơ để mở máy, dừng và đảo chiều quay. Nút ấn cũng có kiểu hở và kiểu được bảo vệ kín để chống bụi, nước, chống nổ... và có loại có cả đèn báo để trạng thái của nút ấn. Aptomat (máy ngắt tự động): Là khí cụ điện đóng mạch bằng tay và cắt mạch tự động khi có sự cố như: quá tải, ngắn mạch, sụt áp... Kết cấu các aptomat rất đa dạng và được chia theo chức năng bảo vệ: aptomat dòng điện cực đại, aptomat dòng điện cực tiểu, aptomat điện áp thấp... Aptomat dòng điện cực đại được dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải và ngắn mạch. Aptomat điện áp thấp dùng để bảo vệ mạch điện khi điện áp tụt thấp không đủ điều kiện làm việc hoặc khi mất điện áp. Các aptomat có thể kết hợp nhiều nguyên lý làm việc thành các aptomat vạn năng: vừa bảo vệ quá dòng hay ngắn mạch, vừa bảo vệ điện áp thấp, vừa bảo vệ quá tải... Các rơle: Rơle là loại khí cụ điện tự động dùng để đóng- cắt mạch điện điều khiển hoặc mạch bảo vệ để liên kết giữa các khối điều khiển khác nhau, thực hiện các thao tác logic theo một quá trình công nghệ. Rơle điện từ: là loại rơle đơn giản nhất và dùng rộng rãi nhất, làm việc dựa trên nguyên lý điện từ và về kết cấu nó tương tự như công tắc tơ nhưng chiều đóng- cắt mach điện điệu khiển, không trực tiếp dùng trong mạch lực... Rơ le trung gian: khuyếch đại các tín hiệu điều khiển, nó nằm ở vị trí giữa hai rơle khác nhau. Số lượng tiếp điểm (tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường mở, tiếp điểm chuyển đổi có cực động chung) của rơle trung gian thường nhiều hơn các loại rơle khác. Rơle dòng điện: bảo vệ mạch điện khi dòng điện trong mạch vượt quá hay giảm dưới một trị số nào đó đã được chỉnh định trong rơle. Rơle điện áp: bảo vệ các thiết bị điện khi điện áp đặt vào thiết bị tăng quá hoặc giảm quá mức qui định.Cuộn điện áp được mắc song song với mạch điện của thiết bị điện cần bảo vệ. Rơle điện áp chia ra 2 loại theo nhiệm vụ bảo vệ: Rơle điện áp cực đại: nắp từ động không quay ở điện áp bình thường. Khi điện áp tăng quá mức, lực từ thắng lực cản lò xo, nắp từ động sẽ quay và rơle tác động. Rơle điện áp cực tiểu: nắp từ động sẽ quay ở điện áp bình thường. Khi điện áp giảm quá mức, lực lò xo thắng lực từ, nắp từ động sẽ quay ngược và rơle tác động. Rơle thời gian: Là loại rơ le tạo trễ đầu ra nghĩa là khi đầu vào có tín hiệu điều khiển thì sau một khoảng thời gian nào đó đầu ra mới tác động (tiếp điểm rơle mới đóng hoặc mới mở). Thời gian trễ có thể từ vài phần giây đến hàng giờ hoặc hơn nhiều. 2.9.2. Khóa liên động. Để đảm bảo điều khiển tin cậy các thiết bị đóng cắt cao áp trong mỗi khoang và ở mức cao hơn trong toàn bộ hệ thống được khoá liên động với nhau. Các điều khiển khoá liên động phụ thuộc vào cấu hình mạch khoá liên động và trạng thái của hệ thống ở thời điểm đã cho. Khoá liên động đặc biệt ngăn ngừa bộ cách li hoạt động trong khi có tải. Các điều kiện khoá liên động phải được xác định theo sơ đồ trạm. 2.9.3. Thiết bị đo lường: Trong quá trình vận hành đóng cắt cần đo đạc ghi chép và đánh giá nhiều đại lượng như dòng điện, điện áp, công suất. Để làm được việc này hệ thống sơ cấp phải có các máy biến dòng, máy biến điện áp chúng có thể đặt trên thanh góp hoặc các nhánh, tủ điều khiển hoặc bàn điều khiển. Việc lắp các thiết bị đo lường này nhằm mục đích người vận hành có thể quan sát được các hiển thị trên tủ điều khiển tại buồng điều khiển tại chỗ hoặc trung tâm điều khiển, trên các đồng hồ đo như: Đồng hồ đo dòng (Ampemet), đồng hồ đo áp (Volmet)...để tránh các sự cố xảy ra như hiện tượng qúa tải. CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU PLC VÀ ỨNG DỤNG PLC 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG. PLC viết tắt của Progammble Logic Control, là thiết bị lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình. Nó đươc thiết kế chuyên dụng trong công nghiệp để điều khiển các quá trình từ đơn giản đến phức tạp và tuỳ thuộc vào người sử dụng mà nó có thể thực hiện hàng loạt các chương trình. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi nó có thể thay thế được cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống như một máy tính nên có thể lập trình được. Chương trình của PLC có thể thay đổi rất dễ dàng, các chương trình con cũng có thể sửa đổi nhanh chóng. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng được hầu hết các yêu cầu và như là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trước đây thì việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để nâng cao năng suất và chất lượng. 3.2. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA PLC. PLC có những đặc điểm sau: - Thiết bị trống nhiễu. Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào /ra . Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu . Dễ dàng thay đổi chương thình điều khiển bằng máy lập trình hoặc máy tính cá nhân. Độ tin cậy cao, kích thước quá nhỏ. Bảo trì dễ dàng. 3.3. VAI TRÒ CỦA PLC. Từ những đặc điểm của PLC ta thấy vai trò của nó rất quan trọng trong ngành tự động hoá nói riêng và ngành công nghiệp nói chung . Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là một bộ não của hệ thống điều khiển với một chương trình ứng dụng đã được lưu ở bên trong bộ nhớ của PLC, PLC luôn kiểm tra trạng trái của hệ thống bao gồm: Kiểm tra tín hiệu phản hồi từ thiết bị nhập dựa vào chương trình logic để sử lý tín hiệu và mang thiết bị điều khiển ra các thiết bị xuất. PLC có đầy đủ các chức năng như: Bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi, bộ cộng bộ trừ, bộ so sánh ... và các tập lệnh cho phép thực hiện các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển từ đơn giản đến phức tạp khác nhau. Hoạt động của plc hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu ngõ vào xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra. Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao... Ngoài ra PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động như: Công tắc trạng thái, cảm biến quang điện... Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái Logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ vào này được giao tiếp với PLC qua các Modul nhập. Trong một hệ thống tự động hoá, thiết bị xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng. Nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thiết bị xuất thì hầu như hệ thống sẽ bị tê liệt hoàn toàn. Các thiết bị xuất thông thường là: Động cơ, cuộn dây nam châm, relay, còi báo... Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Tuy nhiên các thiết bị xuất khác như là: Đèn, còi và các báo động sự cố chỉ cho biết các mục đích như: Báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào, các thiết bị ngõ ra được giao tiếp với PLC qua miền rộng của Modul ngõ ra PLC. Ngày nay PLC được đưa vào hệ thống điều khiển một các rộng rãi và trở lên thông dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng. Các nhà sản xuất đưa ra thị trường hàng loạt các loại PLC khác nhau với nhiều mức độ thực hiện chương trình, đủ để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.Vì vậy để đánh giá một PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn sau : Dung lượng bộ nhớ. Số tiếp điểm vào /ra của PLC. Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng như : Bộ vi sử lý, chu kì xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào /ra. 3.4. CẤU TRÚC CƠ BẢN. Nguồn CPU Out put modul Me mory In put modul Link Hình 1.1 . Sơ đồ cấu trúc . 3.4.1. CPU Chế tạo dựa trên công nghệ vi sử lý, nó có các bộ như: Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý giữ liệu thưc hiện các phép toán số học (cộng trừ) và các phép toán logic: AND, OR, NOT... Bộ nhớ (các thanh ghi). Bên trong bộ vi sử lý được sử dụng để lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi chương trình. 3.4.2. Memory. Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ : - Bộ nhớ địa chỉ (ROM) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng. - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu. Đây là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái cua các thiết bị nhập xuất. Đặc điểm nội dung có thể đọc, ghi, xoá, khi mất điện thông tin sẽ bị mất. - Bộ nhớ nửa cố định: + EFPOM được dùng phổ biến do có thể xoá được và lập trình lại nhiều lần.Việc xoá và lập trình lại cho EFROM phải được thực hiện trên các thiết bị riêng, mỗi lần lập trình lại phải xoá toàn bộ các ô nhớ của EFROM. + EEFROM là loại có thể xoá và ghi bằng tín hiệu điện với mức điện áp thông thường, ngoài ra EEFROM còn có thể xoá từng ô nhớ xác định mà không cần nhấc ra khỏi mạch ứng dụng. 3.4.3. Input : - Số lượng. - Xoay chiều, một chiều - Số - Tương tự 3.4.4. Out put: - Số lượng - Tiếp điểm - Số -Tương tự 3.4.5. Ghép nối: - Console - Máy tính . - Phần mềm. 3.4.6. Bus : - Bus địa chỉ. - Bus dữ liệu. - Bus hệ thống. - Bus điều khiển. 3.5. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC. Để thiết kế một chương trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau: Xác định quy trình công nghệ. Trước tiên ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động. Xác định ngõ vào, ngõ ra: Tất cả các thiết bị xuất/nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển lập trình. Thiết bị nhập là những contact, cảm biến... Thiết bị xuất là những cuộn dây, motor, bộ hiển thị. Sau khi xác định tất cả các thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị các thiết bị vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trước khi viết chương trình. Viết chương trình: Khi viết chương trình theo sơ đồ hình thang (Ladder) phải theo hoạt động tuần tự từng bước của hệ thống. Nạp chương trình vào bộ nhớ: Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình thông qua cổng I/0. Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán. Nếu được mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để chắcchắn rằng chương trình đã hoạt động tốt. Chạy chương trình: Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào/ra đến các thiết bị nhập, xuất đãđược nối đúng theo chỉ định. Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự. Trong khi chạy chương trình, nếu bị lỗi thì máy tính sẽ báo lỗi, ta phải sửa chữa lại cho đến khi PLC hoạt động an toàn. 3.6. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KH Ả TRÌNH SIMANTIC S7-200. 3.6.1. Cấu hình cứng. Simantic S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này sử dụng cho nhiều loại ứng dụng lập trình khác nhau.Thầnh phần cơ bản của S7-200 là khối vi sử lý của CPU214 hoặc của CPU215.Về hình thức bên ngoài nhận biết được nhờ số đầu vào/ ra và nguồn cung cấp. CPU214 có 10 đầu vào và có 8 đầu ra. CPU215 có 14 đầu vào và có 10 đầu ra. Tổng số vào /racực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. Có 256 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 8 Timer 1ms, 32 Timer 10ms, 208Timer 100ms. Tổng có 256 bộ đếm chia làm 2 loại: Chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi. Các chế độ ngắt và xử lý ngắt bao gồm: Ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. Toàn bộ vùng nhớ không bi mất dữ liệu trong khoảng thời gian là 190h khi PLC mất nguồn nuôi . Có 368 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. Dải tín hiệu vào từ 15 đến 30V điên áp một chiều 4mA . Thời gian phản ưng lại :Từ 0.2ms đến 8.7 ms . Có cách ly quang 500VAC 1 phút. Cổng truyền thông Các cổng vào Các cổng ra SIEMENS SIMANTIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 vv I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Hình 3.1:Bộ điều kh iển lập trình được S7-200 với CPU. 3.6.2 Mô tả các đèn báo trên S7-200 CPU215. SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC bị hỏng hóc . RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ thị PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp trong máy . STOP (đèn vàng ): Đèn vàng STOP chỉ định plc đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại . Ixx (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào chỉ định ở trạng thái tức thời của cổng Ix.x (xx= 0.0 ÷ 1.5). Đèn báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic cuả cổng. Qyy (yy =0.0 ÷ 1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. 3.6.3. Cổng truyền thông. S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. 5 4 3 2 1 9 8 7 6 Chân Giải thích 1 Đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận giữ liệu 4 Không sử dụng 5 Đất 6 5VDC 7 24VDC 8 Truyền và nhận giữ liệu 9 Không sử dụng Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 Paud.Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến 38.400. Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS -232 cần có cáp nối PC/ PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. PC/PPI MPI Card siemen simatic s7-200 i0.0 i0.1 i0.2 i0.3 i0.4 i0.5 i0.6 i0.0 i1.0 i1.1 i1.2 i1.3 i1.4 i1.5 q0.0 q0.1 q0.2 q0.3 q0.4 q0.5 q0.6 q0.7 q1.0 q1.1 sf run stop cpu215 6es7 215 siemen simatic s7-200 i0.0 i0.1 i0.2 i0.3 i0.4 i0.5 i0.6 i0.0 i1.0 i1.1 i1.2 i1.3 i1.4 i1.5 q0.0 q0.1 q0.2 q0.3 q0.4 q0.5 q0.6 q0.7 q1.0 q1.1 sf run stop cpu215 6es7 215 COM Hình 1.3: Hai cách ghép nối PLC S7-200 với máy tính để truyền thông. 3.7. MỞ RỘNG CỔNG VÀO RA. Thế hệ Simatic S7-200 rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao do những đặc tính sau: Có nhiều loại CPU khác nhau trong hệ S7-200 nhằm đáp ứng yêu cầu của khác nhau của từng úng dụng. Có nhiều Modul mở rộng khác nhau như các Modul ngõ vào/ra tương tự, Modul ngõ vào/ra số. Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng Profibus-DP như là một Slave. Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng AS-I như là một MASTER. Phần mền STEP7 Mico/win sofwarl. Hình 3.2: Hình khối của PLC với CPU 215 của Siemens 3.8. GIỚI THIỆU VỀ ĐẶC TÍNH CỦA MODUL MỞ RỘNG EM235. Đặc tính kỹ thuật EM235 Số lượng đầu vào tương tự 3 Số lượng đầu ra tương tự 1 Đầu vào Dải tín hiệu vào cực đại 30V điện áp một chiều,32mA Độ phân giải chuyển đổi từ Analog sang Digital 12 bit hoặc 1 trong 4096 Thời gian chuyển đổi từ Analog Sang tương tự . 25 μs Đầu ra. Điện áp ra ±10V Dòng tải tối đa Từ 0 đến 20mA Hình 1.5 Sơ đồ kết nối đầu ra của Modull mở rộng EM235 Utải RA A+ A- RB B+ B+ RC C+ C- V0 I0 L- M + Analog IN-OutPUT EXTP Itải + 24v - Đầu vào không sử dụng ◘EM 235 AL 3x12Bit AQ 1x12Bit 3.9. THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH . PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đếm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiên chương trình.Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND).Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo tới các cổng ra. 4. Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi 2. Thực hiện chương trình. 3. Truyền thông và tự kiểm tra lỗi 1. Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đếm ảo. Hình 3.3: Vòng quét (scan) trong S7-200 Như vậy tại thời điểm vào/ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1và 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. 3.10. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH CỦA S7-200. Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau : - STEP7-Micro/ DOS. STEP7-Micro/ WIN. Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC). Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc chương trình chính (main progam) và sau đó đến các chương trình con và chương trình sử lý ngắt được chỉ ra sau đây: Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND). Chương trình con là một bộ phận của chương trình, các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là lệnh MEND. Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Nếu cần sử dụng chương trình, cần xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND. Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính. Sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình sử lý ngắt đằng sau chương trình chính. SBR n Chương trình con thứ n+1 . . . RET INTn Chương trình xử lý ngắt thứ n+1 . . . RETI Main Program . . . MEND Thực hiện trong một vòng quét SBR 0 Chương trình con thứ nh ất . . . MEND Thực hiện khi được chương trình chính gọi INT 0 Chương trình xử lý ngắt thứ nhất . . . RETI Thực hiện khi có chương trình xử lý ngắt 3.11. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH . 3.11.1. Phương pháp lập trình. S7-200 biểu diễn một mạch logic cùng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương trình bao gồm một dãy các lệnh. S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh cuối cùng trong một vòng. Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các plc của siemen nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản: Phương pháp hình thang (Ladder Logic) viết tắt là LAD. Phương pháp liệt kê lệnh (Statemnt List) viết tắt là STL. Nếu chương trình dược viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra một chương trình theo kiểu STL tương ứng. Nhưng ngược lại không phải một chương trình nào được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển được sang LAD. Định nghĩa về LAD : LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle.Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau: - Tiếp điểm: Là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le, các tiếp điểm đó có thể là thường mở hoặc thường đóng . - Cuộn dây (coil): Là biểu tượng mô tả các rơ le được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le. Hộp (box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện. Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp (đường nguồn bên phải thường không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEP7-Mcro/Dos hoặcMicro/Win). Dòng điện chạy từ bên trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. Định nghĩa về STL: Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương háp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những câu lệnh hình thức, biểu diễn một chức năng của PLC. Vi dụ : Ladder Logic và Statement List LAD STL Q0.0 I 0.0 Hình 3.4:Mô tả lệnh LAD và STL LD I0.0 = Q0.0 LAD 3.11.2. CÁC LỆNH CƠ BẢN. 1. Lệnh bắt đầu dòng lệnh. AND 2. Lệnh nối nối tiếp 2 khối. OR 3. Lệnh nối nối 2 khối song song. 4OUT . Lệnh khối đầu ra. 5.NOT nối khối đảo. FUN gọi hàm đặc biệt. ORLD nối song song 2 tổ hợp khối. AND LD nối nối tiếp 2 tổ hợp khối. 3.11.3. Các lệnh nâng cao . 3.11.3.1. Các lệnh Timer. Bộ thời gian có chức năng tương tự như các rơle thơi gian. Khi đầu vào chuyển từ OF lên ON bộ đếm bắt đầu đếm thời gian, khi thời gian đếm bằng thời gian đặt trước thì tác động tiếp điểm . Các loại Timer của S7-200 chia làm 2 loại TON và TONR: Timer tạo thời gian trễ không có nhớ, kí hiệu là TON. Txx IN PV TONR Txx IN PV TONR Timer tạo thời gian trễ có nhớ, kí hiệu là TONR. Txx: Khai báo Timer IN đầu vào . PV giá trị đặt trước. Có các độ phân giải là :1ms,10ms ,100ms. Khi đầu vào chuyển từ OF xuống ON thì TON Reset lại. 3.11.3.2 Các lệnh điều khiển Counter. Counter là bộ đếm hiện chức năng đếm sườn xung trong S7-200. Các bộ đếm của S7-200 được chia làm 2 loại :Bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến /lùi (CTUD). Bộ đếm tiến CTU đếm sô sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được, được ghi vào thanh ghi 2byte của bộ đếm. Bộ đếm tiến/lùi CTUD đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm tiến, ký hiệu là CU trong LAD và đếm lùi khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm lùi, được ký hiệu là CD. Đầu vào Reset đặt lại trạng thái đầu của bộ đếm. R: Reset. PV: Giá trị đăt trước. CU PV Reset PV Cxx CTU CU PV Reset PV Cxx CTUD C: Là giá trị khai báo. 3.11.3.3. Các bộ ghi dịch. SHRB ghi giữ số liệu đếm từ đầu Data và đẩy số liệu từ ô nhớ này đến ô kế cận hoặc từ kênh này đến kênh khác mỗi khi có một xung vào đầu Clock. Giản đồ thang. I0.1 V100.00 8 EN SHRB Data S –bit N PV V100.0 Q0.0 Q0.1 V100.1 V100.7 Q0.7 I0.0 P P N 3.11.3.4. Lệnh DIFU ( ) và lệnh DIFD ( ) P Lệnh sẽ tạo ra 1 xung ở đầu ra khi đầu vào chuyển từ OF lên ON. N Lệnh sẽ tạo ra 1 xung ở đầu ra khi đầu vào chuyển từ ON xuống OF 11.3.5. Lệnh MOV-B. Chuyển số liệu của một kênh hoặc một hằng số đến MOV-I. một kênh đích. MOV-R. MOV_B EN IN OUT MOV_I EN IN OUT MOV-R EN IN OUT 3.12. Những điều cần biết về lập trình. Tìm hiểu kỹ yêu cầu công nghệ (bổ xung các yêu cầu còn thiếu). Liệt kê các đầu vào /ra cho PLC, có số đầu vào /ra lớn hơn số đầu vào /ra theo yêu cầu. Phân loại cổng vào ra cho PLC, có dụng ý theo trình tự tác động, theo vị trí, theo tên cho hợp lý. Lập lưu đồ mô tả cách PLC thực hiện: Dịch lưu đồ sang giản đồ thang, nếu có sơ đồ logic điện có thể bỏ qua một số bước trên. Lập trình giản đồ thang vào PLC. Chạy mô phỏng và kiểm tra chương trình. Đưa tín hiệu vào PLC xem đáp ứng có đúng không. Nếu sai sửa lại. +Nối PLC với thiết bị thực. +Kiểm tra nối nếu sai thì sửa lại. + Chạy nghiệm thử, bàn giao, cất chương trình. Đảm bảo chắc chắn hệ cơ khí, thủy lực tốt. Chạy nhắp. Chạy bán tự động. Chạy tự động. CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 4.1. Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông. phễu đựng đá2 phễu đựng đá 1 phễu đựng cát. Xe kíp thùng cân cát thùng cân đá MÁY TRỘN. xi lô xi măng thùng cân xi thùng cân phụ gia thùng cân nước bể chứa nước bể chứa phụ gia van van vít tải XE CHUYÊN CHỞ BÊ TÔNG Xe kíp Xe kíp 4.2. Các bước trong quá trình xây dựng hệ điều khiển trạm trộn bê tông tự động. Xác định yêu cầu của hệ thống điều kiển Vẽ lưu đồ chung của hệ thống điều khiển Liệt kê đầu vào /ra của PLC Vẽ lưu đồ thụât toán của hệ thống ĐK Chuyển lưu đồ sang giản đồ thang Nạp lập trình sơ đồ hình thang thiết kế cho PLC Chạy mô phỏng và kiểm tra Sửa lại Kết nối toàn bộ thiết bị vào/ ra với PLC Kiểm tra tất cả các tiếp điểm vào /ra Chạy thử chương trình Chương trình có OK Nạp chương trình vào EFROM Lập sơ đồ hệ thốngcho tất cả bản vẽ END Chỉnh lại phần mềm 4.3. BẢNG BỐ TRÍ ĐẦU VÀO/RA PLC. 4.3.1. Phân công cổng vào /ra của PLC. . Phân công cổng đầu vào của PLC Phần tử Đầu vào Start I0.0 Stop I0.1 Cân đủ cát I0.2 Cân đủ đá 1 I0.3 Cân đủ đá 2 I0.4 Cân đủ xi măng I0.5 Cân đủ nước I0.6 Cân đủ phụ gia I0.7 Cảm biến xả bê tông I1.0 Đầu vào Reset I1.1 4.3.2. Phân công cổng đầu ra của PLC Phần tử Đầu ra Cân cát Q0.0 Cân đá1 Q0.1 Cân đá2 Q0.2 Cân xi măng Q0.3 Cân nước Q0.4 Cân phụ gia Q0.5 Trộn bê tong Q0.6 Xả cốt liệu và xi măng Q0.7 Xả phụ gia và nước Q1.0 Xả bê tong Q1.1 4.3.3. Lập trình cho PLC S7-200 (CPU215) Phương pháp lập trình cho PLC là Phương pháp hình thang (LAD) với phần mềm STEP7-Microwin. Giản đồ thang : 4.4 Thuyết trình nguyên lý hoạt động của PLC . Sau khi người vận hành chuẩn bị xong và bắt đầu ấn Start, PLC sẽ làm việc theo nguyên lý sau: Khi ấn nút start I0.0 thì đầu ra M0.1 làm việc sẽ đóng tiếp điểm M0.1 lại và cho một xung vào lệnh MOV_B có đầu vào là “1” và đầu ra (kênh đích) là VB100. Lệnh MOV_B sẽ đẩy “1” từ đầu tới kênh đích là thanh ghi VB100 của bộ ghi dịch SHRB với đầu Data là tiếp điểm thường mở I1.1 và tạo xung Clock M0.2. Thanh ghi V100.0 kín mạch cấp điện cho hệ thống trạm trộn với đầu ra của PLC làQ0.0, Q0.1, Q0.3, Q0.4, Q0.5, Q0.6, thực hiện quá trình cân cát (Q0.0), cân đá1 (Q0.1), cân đá 2 (Q0.2), cân xi măng (Q0.3), cân nước (Q0.4), cân phụ gia (Q0.6). Các quá trình cân này diễn ra đồng loạt.Ở đây đá1 và đá2 sẽ thực hiện quá trình cân cộng dồn. Khi cân đủ đá1 sẽ có tín hiệu ngắt là I0.3 kín, dừng quá trình cân đá1 và tạo 1 xung Clock M0.2 đưa vào bộ ghi dịch SHRB từ thanh ghi V100.0 sẽ nhẩy xuống thanh ghi V100.1 thực hiện qúa trình cân đá2. Khi thực hiện cân đá2 xong đầu vào I0.4 hở mạch, dừng quá trình cân đá 2 và các quá trình cân cát, xi măng, nước, phụ gia xong với điều kiện thùng trộn “rỗng” và đã đóng thì M0.2 sẽ cho một xung Clock vào bộ ghi dịch SHRB làm thanh ghi V100.2 kín thực hiện quá trình xả cốt liệu và xi măng (Q0.7) Thời gian xả cốt liệu và xi măng cũng chính là quá trình trộn khô và được bộ Timer (TON)- T37 đếm. Khi đếm bằng thời gian đặt T37 tác động tạo xung clock, tiếp tục thanh ghi V100.3 kín mạch, thực hiện quá trình xả nước; phụ gia cũng chính là quá trình trộn ướt được T38 đếm. Khi V100.3 kín đồng thời cũng cho 1 xung vào MOV_B, lệnh M0V_B sẽ chuyển “1” tới kênh đích là OUT- VB101. Thanh ghi V101.0 sẽ chuyển trạng thái (kín mạch). Thực hiện quá trình cân cốt liệu và xi măng của mẻ tiếp theo. Khi hết thời gian trộn ướt lại thực hiện quá trình cân nước và phụ gia đồng thời là xả bê tông. Thời gian xả bê tông được bộ TON-T40 đếm. Hết thời gian xả bê tông, cửa xả tự động đóng lại. Các quá trình cân cốt liệu của mẻ thứ 2 diễn ra giống như mẻ đầu. Khi cân đủ cùng với điều kiện xả bằng “1” thì M0.3 cho 1 xung clock vào SHRB. Đầu Data I1.3 thanh ghi V101.2 chuyển trạng thái (mức logic bằng “1”) thực hiện quá trình xả liệu và xi măng (Q0.7 có tín hiệu ra ngoài PLC). Kết thúc xả liệu là xả nước và phụ gia đồng thời lại quay lại cân cốt liệu thực hiện mẻ thứ 3. Các quá trình cứ diễn ra như vậy, khi đến mẻ thứ 3 bộ đếm CTU đếm bằng giá trị đặt tác động tiếp điểm Co làm cho M0.0 và M0.1 tác động, dừng quá trình cân lại và T40 đếm thời gian thực hiện quá trình trộn xả của mẻ cuối cùng. Khi bằng thời gian đặt tác động tiếp điểm T40 mở ra ngắt động cơ trộn. Kết thúc số mẻ đã đặt. I1.1 là đầu vào Reset M0.4 có tác dụng an toàn khi mẻ 1 không xả bê tông thì các quá trình cân cốt liệu, xi măng, nước, phụ gia sẽ không tự động xả mà phải dừng lại chờ xả bê tông mới được tiếp tục thực hiện xả. Kết luận: Chương 4 là phần mềm viết cho PLC để điều khiển trạm trộn. Chương này được viết bằng ngôn ngữ giản đồ thang dựa vào phần mềm MICROWIN. CHƯƠNG V: HOÀN THÀNH MÔ HÌNH VÀ THỬ NGHIỆM. 5. Phần mềm mô phỏng hệ điềukhiển và giám sát trạm trộn bê tông. đá1 â Cát â Xi Lô Xi Măng Nước Thùng trộn Phụ gia đá2 â Cốt liệu Đá Cát MÔ HÌNH TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TỰ ĐỘNG siemen simatic s7-200 i0.0 i0.1 i0.2 i0.3 i0.4 i0.5 i0.6 i0.0 i1.0 i1.1 i1.2 i1.3 i1.4 i1.5 q0.0 q0.1 q0.2 q0.3 q0.4 q0.5 q0.6 q0.7 q1.0 q1.1 sf run stop cpu215 6es7 215 si matic s7-200, cpu215 Start Stop Reset Đủ cát Đủ đá1 Đủ đá 2 Đủ nước Đủ phụ gia Điều kiện xả=1 Ghi chú: là kí hiệu của các đèn led là kí hiệu của các nút ấn 5.1. Yêu cầu đặt ra đối với phần mềm điều khiển và giám sát. Trạm trộn bê tông là hệ thống kết hợp linh hoạt giữa máy tính PC và thiết bị khả trình PLC, tận dụng được tốt thế mạnh của hai thiết bị. PC được cài đặt phần mềm chuyên dụng, truyền thông với PLC đã tạo ra một phương thức điều khiển và giám sát rất hợp lý. Chức năng chính của phần mềm điều khiển và giám sát là thay đổi linh hoạt đượcthông số về khối lượng của các nguyên vật liệu cấu thành bê tông đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng về các loại bê tôngcó Mác khác nhau. Trạm trộn bê tông xây dựng nhằm sản xuất nhanh một khối lượng lớn bê tông, kịp cung cấp cho các công trình lớn. Do vậy yếu tố thời gian của một mẻ là quyết định, phần mềm điều khiển và giám sát phải có khả năng thay đổi thông số về thời gian, nhờ đó người vận hành có thể tối ưu thời gian cho một mẻ trộn. Chất lượng của bê tông được quyết định bởi tỷ lệ giữa các loại nguyên vật liệu tạo ra nó mà trong điều kiện thời tiết khác nhau thì khối lượng của các loại nguyên vật liệu bị thay đổi, ví dụ như: Trời mưa độ ẩm của Cát tăng lên dẫn đến khối lượng của Cát cũng tăng lên ảnh hưởng đến chất lượng của bê tông. Mặt khác quán tính của vật liệu khi rơi xuống thùng cân ảnh hưởng tới hệ thống định lượng do vậy phần mềm điều khiển giám sát cũng phải có khả năng điều chỉnh bù khối lượng. Ví dụ: Trời mưa khối lượng các loại Cốt liệu tăng lên: Khối lượng Cát tăng 10%, khối lượng Đá1 tăng 2%, khối lượng Đá2 tăng 2%, mẻ trộn cần 200 Kg Cát, 400Kg Đá 1, 300 Kg Đá2, 70 Kg Nước. Như vậy ta cần phải cấp 220Kg Cát, 408 Kg Đá1, 306 Kg Đá2 mới đủ tỷ lệ. Mặt khác phần khối lượng tăng thêm lại chính là Nước, do vậy ta chỉ phải cấp (70/20/8/6) = 36 Kg Nước. Người vân hành nắm được điều này và chỉ phải điền vào bảng bù khối lượng là: 20Kg cho Cát, 8Kg cho Đá1; 6Kg cho Đá2; 34Kg cho Nước. ở đây chưa tính đến sự sai lệch khối lượng do quán tính và lượng vật liệu rơi trong khoảng không giữa thùng xả và thùng cân, vấn đề này cũng được giải quyết nhờ khả năng bù khối lượng và kinh nghiệm của người vận hành. Trạm trộn bê tông là cơ sở sản xuất bê tông đồng thời cũng là đơn vị kinh doanh do vậy ngoài vấn đề kỹ thuật còn có cả vấn đề quản lý hành chính, phần mềm điều khiển vàgiám sát phải có khả năng nhập, lưu giữ, tìm kiếm và sửa đổi thông tin về khách hàng. Để trộn một lần ta chỉ có hai thông tin: Khối lượng bê tông và Mac bê tông do khách hàng cung cấp. Trong khi PLC cần đầy đủ thông tin về khối lượng của các nguyên vật liệu để hoạt động, do vậy phần mềm điều khiển giám sát phải tính toán và đáp ứng đủ thông tin cho PLC. Giải pháp tính toán của phần mềm điều khiển giám sát như sau: Tổng khối lượng bê tông: TKL (m3) Số mẻ cần trộn là: SM Khối lượng nước cho một mẻ là: KLN Khối lượng xi măng cho một mẻ là: KLXM Khối lượng cát cho một mẻ là: KLC Khối lượng đá 1 cho một mẻ là: KLĐ1 Khối lượng đá2 cho một mẻ là: KLĐ2 Công suất định mức cho một mẻ là 1m3 SM=TKL khi TKL là số nguyên SM = Phần nguyên (TKL) + 1 TKL là số thập phân Như vậy một mẻ cần trộn: (TKL/SM) m3 Khối lượng riêng của bê tông nặng: 2000 (Kg/m3) Tổng khối lượng nguyên vật liệu: 2000 x (TKL/SM) Kg. Mác bê tông cho ta tỉ lệ giữa các loại nguyên vật liệu đặt: A = Mác (Nước) + Mác (Cát) + Mác (Xi măng) + Mác (Đá1) + Mác (Đá2) Ở màn hình chính, người vận hành (NVH) có thể truy cập đầy đủ vài các cửa sổ khác của chương trình : Quản lý mác bê tông Đặt hợp đồng Vận hành trộn Đặt mã số truy cập Chọn cửa cốt liệu Quản lý xe, lái xe Đặt các thông số trạm, thùng trộn, chỉnh cân, độ rơi Lập báo cáo mẻ trộn từng ngày 5.2. SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY Dựa vào bảng bố trí đầu vào/ ra ta có sơ đồ đấu chân của PLC như sau: 0V 24VDC DC24V OUTPUTS DC24V INPUTS 1M 1L+ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 2L+ 1.0 1.1 DC 24 V M L+ 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+ Nguồn dùng cho các Modul mở rộng hoặc các Sensor cpu 215 DC24V INPUTS Nguồn cấp Hình 4.11 Sơ đồ kết nối CPU 215 Như vậy: KLN = B x Mác (Nước) KXM= B x Mác (Xi măng). KC = B x Mác (Đá1). KĐ1 = B x Mác (Đá2). 5.3. Màn hình chính. Sau khi khởi động chương trình sẽ xuất hiện màn hình chính như sau: