Đồ án Trang thiết bị điện tàu victory leader chở 4900 ô tô – đi sâu nghiên cứu hệ thống cầu dẫn mạn

ệc đốt và cắt đốt cho nồi. Tín hiệu của cảm biến A1F dưới dạng liên tục . Cho đến khi áp suất trong nồi giảm xuống thấp do hơi đã được đưa đi phục vụ các nơi trên tàu, tín hiệu báo áp suất hơi thấp từ cảm biến A1F đi qua chân AI01 vào bộ điều khiển và từ đây bộ điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển để thực hiện quá trình đốt nồi tự động như đã trình bày ở trên. e. Chức năng kiểm tra báo động và bảo vệ nồi hơi : * Mức nước nồi hơi giảm quá thấp : Chức năng bảo vệ khi mực nước nồi giảm xuống quá thấp sẽ được điều khiển bởi cảm biến mức nước quá thấp A3C, nó đưa tín hiệu đưa vào bộ xử lí A1A (Page 15). Bộ xử lý này sẽ tạo ra mức bảo vệ khi mức nước xuống quá thấp, nó sẽ điều khiển Rơle 15K2F . Khi mức nước nồi giảm xuống mức bảo vệ thì bộ xử lý A1A sẽ làm Rơle 15K2F mất nguồn, do đó mở tiếp điểm 15K2F ở trang 33, đưa tín hiệu tới đầu vào DI04 (Page 33) của bộ điều khiển để xử lý rồi đưa tín hiệu ra đến đèn và chuông để báo động. Đồng thời tiếp điểm 15K2F (Page 14) mở ra cắt nguồn cho Rơle 14K2F. Tiếp điểm 14K2F(Page 38) mở ra để cắt nguồn đến van dầu đốt chính để không phun dầu vào buồng đốt khi quy trình đốt được điều khiển bằng bộ điều khiển. Còn khi quy trình đốt được thực hiện bằng tay thì tiếp điểm 15K2F (Page 41) sẽ mở ra cắt nguồn cho Rơle 41K13F, nên 2 tiếp điểm 41K13F ở trang 41 đều mở cắt nguồn cho các van dầu đốt chính. Đồng thời khi mức nước xuống quá thấp thì tiếp điểm 41K13F (cặp 11-14, ở Page 41) sẽ mở ra để không cho phép đánh lửa để đốt bằng chế độ bằng tay cho đến khi khắc phục được sự cố. Như vậy việc sử dụng 2 cảm biến mức nước, 1 cho việc điều khiển và 1 cho bảo vệ sẽ đảm bảo sự tin cậy * Động cơ đốt và động cơ lai quạt gió bị quá tải : 82 Khi quá tải động cơ quạt gió hoặc động cơ đốt thì phần tử bảo vệ quá tải của các Aptomat cấp nguồn cho động cơ trên hoạt động. Nó sẽ cắt Aptomat cấp nguồn ra dừng động cơ đốt hoặc động cơ lai quạt gió. Đồng thời làm tiếp điểm phụ của Aptomat 07F6B hoặc 07F8B (Page 34) đóng lại đưa tín hiệu động cơ đốt hoặc động cơ lai quạt gió bị quá tải vào bộ điều khiển thông qua chân DI22 hoặc DI24. Từ đây bộ điều khiển sẽ xử lý tín hiệu và gửi tín hiệu đầu ra đến các chân tương ứng để ngừng đốt và báo động * Mức nước trong két hot well quá thấp : Khi mức nước trong két hot well xuống mức quá thấp thì tiếp điểm B9E (Page 53) sẽ đóng lại đưa tín hiệu qua chân DI09 vào bộ điều khiển. Từ đó bộ điều khiển sẽ đưa tín hiệu ra để dừng bơm cấp nước . * Áp lực gió gió thổi vào buồng đốt thấp : Áp lực của gió thổi vào buồng đốt cũng như áp lực gió thổi vào buồng trộn với dầu để phun vào buồng đốt sẽ được giám sát thông qua hai cảm biến S6B và S8B (Page 14) . Nếu áp lực gió thổi vào buồng đốt thấp thì tiếp điểm S6B (1-2) sẽ mở ra để cắt nguồn của Rơle 14K6F, tiếp điểm 14K6F (Page 14) sẽ mở ra, sau một khoảng thời gian trễ nhất định của Rơle thời gian 14K5F thì tiếp điểm 14K5F (15-18) sẽ mở ra để cắt nguồn cho Rơle 14K2F. Khi đó sẽ cắt nguồn cấp cho các van dầu đốt. Đồng thời tiếp điểm 14K6F (Page 34) mở ra để gửi tín hiệu qua chân DI15 vào trong bộ điều khiển để thực hiện các quá trình dừng đốt. - Đối với thông số áp lực gió thổi vào buồng trộn với dầu, nếu áp lực này bình thường thì tiếp điểm S8B (1-2 , Page 14 ) đóng lại để cấp nguồn cho Rơle 14K8F. Khi áp lực này xuống mức thấp thì tiếp điểm S8B mở ra để cắt nguồn cho Rơle 14K8F, tiếp điểm 14K8F (Page 34) mở ra để gửi tín hiệu qua chân DI17 tới bộ điều khiển để đưa tín hiệu ra báo động. * Nhiệt độ dầu đốt cao : Khi dầu đốt được hâm quá nhiệt độ cho phép, cảm biến S5E sẽ cấp tín hiệu thông qua chân DI16 (Page 34) vào bộ điều khiển. Sau khi xử lý bộ điều khiển cho tín hiệu ra qua chân DO10 cắt điện của Rơle K12F (Page 38) làm bộ sấy ngừng hoạt động, nhiệt độ dầu đốt sẽ giảm dần. Ngoài ra nhiệt độ dầu cũng được đo và gửi tín hiệu liên tục vào bộ điều khiển thông qua chân AI02 (Page 30), khi nhiệt độ dầu cao hoặc thấp đều có tín hiệu để báo động. * Áp suất hơi cao : Khi áp suất hơi cao quá mức cho phép, cảm biến S2F (Page 33) sẽ có tín hiệu đưa vào bộ điều khiển thông qua chân DI02 để xử lý. Sau đó đưa tín hiệu ra qua các chân tương ứng làm ngừng cấp dầu vào buồng đốt và cho các bơm và quạt gió ngừng hoạt động, nồi hơi không được tiếp tục đốt. Giá trị áp suất hơi cao bảo vệ là 8,6 bar, nếu như vì một nguyên nhân gì đó mà áp suất hơi vẫn tiếp tục tăng đến 9 bar thì khi đó van an toàn sẽ hoạt động để đảm bảo nồi hơi không bị nổ. 83 Phần 2 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẦU DẪN MẠN VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN PLC 84 Chương 4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU DẪN MẠN TÀU CHỞ 4900 ÔTÔ 4.1. Giới thiệu chung về cầu dẫn mạn. 4.1.1. Giới thiệu chung . - Ở tàu chở ôtô thì hệ thống Cầu dẫn là hệ thống rất quan trọng và được coi là 1 trong những hệ thống chính trên tàu cả về phần điện và phần cơ. Ngoài cầu dẫn lái thì tàu còn được thiết kế và lắp đặt thêm cầu dẫn phía mạn. Chúng đều có nhiệm vụ là phương tiện để ôtô cũng như con người có thể di chuyển từ cảng xuống tàu và ngược lại. - Cầu dẫn mạn kết hợp với cửa mạn kín nước sẽ được bố trí ở giữa tàu trên boong 5 và được thiết kế sử dụng cho một mức boong (1 vị trí). - Ở vị trí đóng cửa thì cầu dẫn mạn sẽ có tác dụng như là cửa kín nước. - Trạm điều khiển chính của cầu dẫn mạn sẽ là một hộp làm bằng thép trắng được lắp đặt ngay trên tầng 11. Trạm điều khiển từ xa thì được lắp đặt phía bên trái ỏ cửa ra vào cầu dẫn mạn trên boong 5 - Có thể vận hành ở điều kiện tàu được neo đậu cách mép cầu tàu từ 0,5 - 2m. - Cầu dẫn sẽ được thiết kế cho phép vận hành trong phạm vi chiều cao của cầu tàu là khoảng 0,85m trên mức boong số 5 và khoảng 3,65m dưới mức boong số 5. - Độ dốc của cầu dẫn trong điều kiện trên là dưới 9,460. - Cầu dẫn được tạo thành bởi hai phần khớp với nhau bằng bản lề. 4.1.2. Các kích thước chính. - Tổng chiều dài (tính cả cách cửa) : 21,0 m - Chiều dài của phần thứ nhất : 14,0 m - Chiều dài của phần thứ hai : 4,0 m - Chiều rộng hiệu quả của đường dẫn : 6,5 m - Kích thước mở cửa phần vỏ : 6,7 (m) rộng x 5,3 (m) cao. - Góc giữa trục cầu dẫn và đường tâm tàu : 900 . - Khe hở đứng tối thiểu giữa phần cầu dẫn và bất kỳ phần nhô ra nào trên cầu tàu : khoảng 100 m . Phần thứ hai của cầu dẫn sẽ được giữ bằng bộ chặn bán tự động bố trí ở phía sau. 4.1.3. Thiết kế kết cấu, và yêu cầu về trọng tải . Cầu dẫn mạn sẽ có kết cấu mở và được thiết kế căn cứ vào các trọng tải sau đây. - Tải trục quay : 13,6 tấn/ 4 bánh xe. - Tải đồng nhất sẽ không được tính đến. - Thiết bị kín nước : Cầu dẫn được chế tạo kín nước bằng cách dùng hệ thống thông thường gồm gioăng cao su nén bằng một thanh thép trắng. Gioăng sẽ được đặt ở viền mép. Ở vị trí đóng, cầu dẫn được giằng kín nước bằng hệ thống giằng vận hành thuỷ lực. - Bố trí chống trượt : Cầu dẫn cũng sẽ được thiết kế chống trơn, trượt trên đường xe chạy. 85 - Cầu dẫn sẽ có một cánh có diện tích đủ rộng để duy trì áp lực cầu tàu thấp hơn 3,2 tấn/ m2 dưới điều kiện tải nặng nhất. - Cầu dẫn sẽ được bắt chặt với phần vỏ tàu bằng các móc siết vận hành bằng tay và các nêm khí áp vận hành bằng xi lanh thuỷ lực. - Trạm điều khiển chính bằng thép trắng được lắp trên boong chính (boong số 11) và bảng điều khiển từ xa được lắp trên boong số 5. - Vòi phun mỡ sẽ được bố trí ở vị trí dễ tiếp cận nhất. - Các trụ chống tháo rời được sơn màu ngựa vằn kèm các dây chão bằng sợi tổng hợp màu vàng/ vàng cam sẽ được lắp dọc theo một phía của cầu dẫn mạn với chiều rộng khoảng 0,6 m tạo thành cầu bộ hành để đi lại. 4.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống. 4.2.1. Giới thiệu phần tử, và chức năng. a. Buồng bơm trung tâm : * Buồng bơm trung tâm tập trung bao gồm các động cơ lai bơm thủy lực để cung cấp dầu thủy lực cho 2 tời thu thả cáp phục vụ nâng hạ cầu dẫn lái, cung cấp dầu thủy lực cho 2 Pittong thủy lực chính để nâng hạ cầu dẫn mạn, ngoài ra còn cung cấp dầu thủy lực cho các Pittong để đóng mở khóa…v.v. Ngoài ra còn có 2 tủ điều khiển : - Tủ 1A150 : Là tủ điều khiển chính, bao gồm bộ PLC, các Rơle, các thiết bị và đồng hồ chỉ báo, cụm nút ấn điều khiển bơm tại chỗ… Tủ này nhận tất cả các tín hiệu điều khiển từ các vị trí điều khiển, tất cả các tín hiệu từ các cảm biến vị trí, cảm biến mức, cảm biến nhiệt độ... để điều khiển động cơ và các van theo chương trình nạp trong PLC. - Tủ 1A100 : Là tủ điều khiển cấp nguồn khởi động và dừng các động cơ lai bơm, với nguồn động lực được lấy từ bảng điện chính. Nó nhận tín hiệu điều khiển từ tủ 1A150 qua các Rơle, Contactor và các Aptomat cấp nguồn cho động cơ. + M1, M2 và M3 : Là 3 động cơ dị bộ Roto lồng sóc 1 cấp tốc độ lần lượt lai bơm thủy lực P1, P2 và P3 để cung cấp dầu thủy lực phục vụ cho cầu dẫn lái. Với các thông số định mức : P = 63 kW, I = 98 A. + M4, M5 : Là 2 động cơ dị bộ Roto lồng sóc lai bơm thủy lực P4, P5 để cung cấp dầu thủy lực chủ yếu phục vụ cho cầu dẫn mạn. Với các thông số định mức : P = 25.3 kW, I = 38 A . + M6, M7 : Là 2 động cơ lai bơm thủy lực P6, P7. 2 bơm này có nhiệm vụ cung cấp thêm và làm đầy dầu trong đường ống khi cầu dẫn hoạt động. Khi áp suất nạp do 2 bơm này không đủ thì việc điều khiển nâng hạ cầu dẫn không thể thực hiện. Do vậy 1 hoặc 2 bơm này luôn chạy khi cầu dẫn hoạt động. Với các thông số định mức : P = 8.6 kW, I = 38 A . + M8 : Là động cơ lai bơm P8. Bơm này hoạt động qua công tắc đặt thời gian chạy S108 trên tủ khởi động 1A100 với khoảng thời gian đặt từ 0-60 phút. Với các thông số định mức : P = 1.7 kW, I = 2.6 A. 86 + 1 két dầu thủy lực. Đây là két chính đi liền với cụm bơm. Nó có thể bổ xung dầu từ két dự trữ ( Storage Tank) nhờ bơm P8. Bơm này bơm dầu từ két dự trữ qua bộ lọc về két chính. * Sơ đồ tủ điều khiển 1A100 : Sheet 001: - K1 : Rơle báo nguồn động lực cho các động cơ M1, M2, M4 và M6. - Q1, Q2, Q4 và Q6 : Là các Aptomat tương ứng cấp nguồn cho các động cơ M1, M2, M4 và M6. - KM1, KM2, KM4 và KM6 : Là các tiếp điểm chính của các Contactor tương ứng ở mạch động lực dùng để khởi động các động cơ. - P11, T11; P12, T12; P14, T14 và P16 : Là các biến dòng đi kèm với các đồng hồ Ampe chỉ thị dòng điện đo được khi động cơ tương ứng hoạt động. Các đồng hồ chỉ thị trên mặt ngoài tủ điều khiển 1A100. Sheet 002 : - K2 : Rơle báo nguồn động lực cho các động cơ M3, M5, M7 và M8 . - Q3, Q5, Q7, Q8 : Là các Aptomat tương ứng cấp nguồn cho các động cơ M3, M5, M7 và M8 . - P13, T13; P15, T15 và P17 : Là các biến dòng đi kèm với các đồng hồ Ampe chỉ thị dòng điện đo được khi động cơ tương ứng hoạt động. Các đồng hồ chỉ thị trên mặt ngoài tủ điều khiển 1A100. - KM3, KM5, KM7 và KM8 là các tiếp điểm chính của các Contactor tương ứng ở mạch động lực dùng để khởi động các động cơ. Sheet 003: - K7 : Các tiếp điểm của Contactor K7 cấp nguồn 440V tới 4A100 cho 2 động cơ điện của hệ cửa dẫn lên boong 9. Sheet 004, 005: - H121, H122, H123, H124, H125, H126 và H127 : Là các đèn Led tương ứng báo sấy các động cơ từ M1M7. Các đèn này chỉ thị bên mặt ngoài tủ điều khiển 1A100. - E1 : Là các điện trở sấy chống ngưng cho các động cơ. Khi có tín hiệu dừng sự cố thì các động cơ không được sấy. Sheet 006: - S108 : Đây là công tắc đặt thời gian chạy cho bơm M8, P8. Khi hệ thống được cấp nguồn thì KM8 đóng. Ta chỉ cần vặn S108 thì M8 sẽ chạy với khoảng thời gian đặt của S108. - H108 : Đèn sáng khi M8 đang chạy. Nó nằm trên mặt ngoài 1A100 ngay bên trên công tắc S108. - SH101, SH102, SH103, SH104 và SH105 : Là các nút ấn khởi động và dừng các động cơ tương ứng từ M1-M5. Tín hiệu này được cấp tới đầu vào PLC. 87 - SH101, SH102, SH103, SH104, SH105, H106, H107 và H108 : Là các đèn báo chạy cho các động cơ tương ứng từ M1-M8. - H100 : Đèn báo nguồn. Sheet 007 : - K11 và K12 : Là 2 Rơle thử các đèn sấy động cơ từ H121-H127. - K7 : Contactor cấp nguồn tới hệ cửa dẫn lên boong 9. Sheet 008 : - KM1-KM8 : Là các Contactor khởi động và chỉ báo cho các động cơ tương ứng từ M1-M8. b. Sơ đồ thủy lực : * Sơ đồ thủy lực của hệ thống cầu dẫn mạn được trình bày ở Sheet 1/1 (Page 1/4) trong tập bản vẽ và được bố trí như sau : - 180 : Bao gồm 2 Pittong thủy lực chính ở 2 bên để làm nhiệm vụ nâng hạ cầu dẫn . - 160 ( TOP CLEATING ) : Bao gồm 2 Pittong thủy lực làm nhiệm vụ đóng mở khóa ở chính giữa cầu dẫn trên tầng 7. - 161 ( SIDE CLEATING) : Bao gồm 4 Pittong thủy lực làm nhiệm vụ đóng mở khóa 2 bên cầu dẫn trên tầng 5 và tầng 6. - 205 ( LAUNCHING CYLINDER) : Là Pittong thủy lực được đặt ở trên đỉnh tầng 7 ở vị trí chính giữa cầu dẫn làm nhiệm vụ đẩy cầu dẫn ra khi bắt đầu hạ cầu dẫn và đỡ cầu dẫn khi cầu dẫn đóng gần hết. - 170 ( LOCKING) : Là 2 Pittong thủy lực làm nhiệm vụ đóng mở khóa 2 bên trên đỉnh cầu dẫn ở tầng 11. * Hệ van điều khiển các Pittong thủy lực được lắp đặt ngay bên cạnh tủ điều khiển 2A100 bao gồm các phần tử chính sau : - 2Y01 ( CLOSE ) : Là van cấp dầu thủy lực điều khiển Pittong theo chiều đóng cầu dẫn. - 2Y02 ( OPEN ) : Là van cấp dầu thủy lực điều khiển Pittong theo chiều mở cầu dẫn . - 2Y03 ( FREE ) : Là van cấp dầu thủy lực điều khiển các Pittong theo chiều mở khóa. - 2Y04 ( LOCK ) : Là van cấp dầu thủy lực điều khiển các Pittong theo chiều đóng khóa. - 2Y10 ( FLOAT ) : Là van cấp dầu thủy lực cho chế độ điều khiển cầu dẫn hạ chậm lại 1 cách từ từ. c. Sơ đồ điều khiển : Sheet 001 : - B131, B133 : Là 2 cảm biến vị trí của 2 Xilanh giằng bên trái cửa cầu dẫn tại vị trí khóa ( Lock ). Khi 2 cảm biến cùng đóng nó sẽ tác động làm Rơle K1 có điện. - B132, B134 : Là 2 cảm biến vị trí của 2 Xilanh giằng bên trái cửa cầu dẫn tại vị trí mở (Free). Khi 2 cảm biến cùng đóng nó sẽ tác động làm Rơle K2 có điện. - B111, B113 : Là 2 cảm biến vị trí của 2 Xilanh giằng bên phải cửa cầu dẫn tại vị trí khóa (Lock). Khi 2 cảm biến cùng đóng nó sẽ tác động làm Rơle K3 có điện. 88 - B112, B114 : Là 2 cảm biến vị trí của 2 Xilanh giằng bên phải cửa cầu dẫn tại vị trí mở (Free). Khi 2 cảm biến cùng đóng nó sẽ tác động làm Rơle K4 có điện. - B100 : Là cảm biến báo cầu dẫn đã đóng hoàn toàn. Khi cầu dẫn đóng tiếp điểm của cảm biến đóng lại, tác động làm Rơle K5 có điện. - B121, B123 : Là 2 cảm biến vị trí của 2 Xilanh giằng ở chính giữa cầu dẫn tại vị trí khóa (Lock). Khi 2 cảm biến cùng đóng nó sẽ tác động làm Rơle K6 có điện. - B122, B124 : Là 2 cảm biến vị trí của 2 Xilanh giằng ở chính giữa cầu dẫn tại vị trí mở (Free). Khi 2 cảm biến cùng đóng nó sẽ tác động làm Rơle K7 có điện. Sheet 002 : - B161, B163 : Là 2 cảm biến vị trí của 2 Xilanh giằng ở trên đỉnh cầu dẫn ( tầng 11 ) tại vị trí khóa (Lock). Khi 2 cảm biến cùng đóng nó sẽ tác động làm Rơle K8 có điện. - B162, B164 : Là 2 cảm biến vị trí của 2 Xilanh giằng ở trên đỉnh cầu dẫn tại vị trí mở (Free). Khi 2 cảm biến cùng đóng nó sẽ tác động làm Rơle K9 có điện. - B141 : Là cảm biến góc quay của cầu dẫn. Khi cầu dẫn đã đóng hết tức là góc giữa mặt phẳng cầu dẫn và mặt phẳng của vỏ tàu gần như bằng 0o thì tiếp điểm của cảm biến đóng lại, sẽ tác động làm Rơle K10 có điện. Sheet 003 : - X10 : Là ổ cắm lấy nguồn 230V ở bên trong tủ 2A100. - D1 : Là Module của PLC với các chân vào ra bao gồm 24 đầu vào và 24 đầu ra. - K10 : Là tiếp điểm của Rơle thực hiện dừng sự cố K10. Sheet 004 : Thể hiện 20 đầu vào (Xi) của PLC và chức năng của từng đầu vào đó. Sheet 005 : Thể hiện 12 đầu ra (Yi) của PLC và chức năng của từng đầu ra đó . Sheet 006 : - SH10 : Là 2 nút ấn dừng sự cố tại 2 vị trí điều khiển ở tủ 2A100 và ở tủ 2A200. - K10 : Là Rơle thực hiên dừng sự cố. Sheet 007 : - Thể hiện 12 đầu vào từ X0X11 với từng chức năng khác nhau. Các đầu vào này nhận tín hiệu tác động từ tiếp điểm của các Rơle từ K1, K2, …K10. Sheet 008 : - S11 : Công tắc lựa chọn điều khiển bằng tay hoặc tự động qua PLC. - S1 : Tay chang điều khiển đóng mở cầu dẫn. - S2 : Công tắc điều khiển các xi lanh đóng mở khóa. - SH3 : Nút ấn ON/OFF điều khiển van FLOAT cấp dầu cho cầu dẫn hoạt động chậm lại 1 cách từ từ. - SH1 : Nút ấn điều khiển Start/Stop Pump No.4. - SH2 : Nút ấn điều khiển Start/Stop Pump No.5. - SH4 : Nút ấn thử đèn hoặc Reset lại đèn. 89 Các nút ấn và tay chang cho chế độ điều khiển qua PLC đều nằm ở mặt ngoài tủ điều khiển 2A100. Sheet 009 : - H1…H9 : Các đèn chỉ báo trạng thái của các Xilanh ở tủ điều khiển 2A100. - SH1 : Là đèn chỉ báo Pump N0.4 hoạt động. - SH2 : Là đèn chỉ báo Pump N0.5 hoạt động. Sheet 010 : - S1 : Tay chang điều khiển đóng mở cầu dẫn tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. - S2 : Công tắc điều khiển các xi lanh đóng mở khóa tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. - SH1 : Nút ấn điều khiển Start/Stop Pump No.4 tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. - SH2 : Nút ấn điều khiển Start/Stop Pump No.5 tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. - SH3 : Nút ấn ON/OFF điều khiển van FLOAT cấp dầu cho cầu dẫn hoạt động chậm lại 1 cách từ từ tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. - SH4 : Nút ấn thử đèn hoặc Reset lại đèn tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. Sheet 011 : - R2 : Biến trở điều chỉnh độ sáng của các đèn chỉ báo ở tủ điều khiển tại chỗ 2A200. - H1…H9 : Các đèn chỉ báo trạng thái của các Xilanh tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. - SH1 : Là đèn chỉ báo Pump N0.4 hoạt động tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. - SH2 : Là đèn chỉ báo Pump N0.5 hoạt động tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. Sheet 012 : - H10 : Đèn báo của cảm biến góc quay cho cầu dẫn ở trên tủ điều khiển tại chỗ 2A200. Đèn này nhận tín hiệu từ đầu ra Y0 của PLC. - H11 : Là còi báo hiệu trên tủ điều khiển tại chỗ 2A200 khi cầu dẫn hoạt động, nó nhận tín hiệu từ đầu ra Y4 của PLC. - SH3 : Đèn báo van FLOAT ở chế độ điều khiển cho cầu dẫn hoạt động chậm lại 1 cách từ từ nó nhận tín hiệu từ đầu ra Y1 của PLC. - SH4 : Đèn sáng báo nút ấn thử đèn đã được ấn, nó nhận tín hiệu từ đầu ra Y2 của PLC. - SH10 : Đèn sáng báo có sự cố, nó nhận tín hiệu từ đầu ra Y3 của PLC. - E1 : Điện trở sấy cho tủ 2A200. Sheet 013 : - H10, SH3, SH4, SH10 : Là các đèn chỉ báo tại tủ điều khiển 2A100 lần lượt nhận tín hiệu điều khiển từ đầu ra Y0, Y1, Y2 và Y3 của PLC. - H11 : Là còi báo hiệu tại tủ điều khiển 2A100 khi cầu dẫn hạ thấp cho đến khi cảm biến góc RAMP TOO LOW tác động, nó nhận tín hiệu điều khiển từ đầu ra Y4 của PLC. Sheet 014 : - H191 và H192 : Là 2 đèn quay được bố trí lắp đặt ở trên tầng 12 và tầng 5 của tàu, nó sẽ sáng và quay khi cầu dẫn hoạt động. - K1 : Là Rơle nhận tín hiệu điều khiển từ đầu ra Y5 của PLC để cấp nguồn cho 2 đèn quay H191 và H192. 90 Sheet 015 : - Y1, Y2, Y3, Y4 và Y5 : Là các van điện thủy lực để cấp dầu thủy lực lần lượt làm các nhiệm vụ sau : + Van Y1 : Làm nhiệm vụ cấp dầu để đóng cầu dẫn. + Van Y2 : Làm nhiệm vụ cấp dầu để mở cầu dẫn. + Van Y3 : Làm nhiệm vụ cấp dầu để mở khóa. + Van Y4 : Làm nhiệm vụ cấp dầu để đóng khóa. + Van Y5 : Làm nhiệm vụ cấp dầu ở chế độ điều khiển cho cầu dẫn hoạt động chậm lại 1 cách từ từ. - 2X101 : Là hộp đấu dây trung gian từ tủ điều khiển 2A100 đến các van thủy lực. - S12, S13 và S14 : Là các công tắc cho chế độ điều khiển cầu dẫn hoạt động bằng tay với các chức năng sau : + S12 : Công tắc điều khiển đóng mở cầu dẫn. + S13 : Công tắc điều khiển đóng mở khóa. + S14 : Công tắc bật hay tắt chế độ điều khiển cho cầu dẫn hoạt động chậm lại 1 cách từ từ . Các công tắc S12, S13 và S14 đều nằm bên trong tủ điều khiển 2A100. 4.2.2. Nguyên lý hoạt động. a. Hoạt động của mạch thủy lực : Khi điều khiển cầu dẫn hoạt động ở chế độ tự động qua PLC hoặc chế độ điều khiển bằng tay thì mục đích cuối cùng của 2 chế độ hoạt động trên đều là gửi tín hiệu điện đến tác động và làm thay đổi trạng thái của các van Điện - Thủy lực 2Y01, 2Y02, 2Y03, 2Y04 và 2Y05. Vì vậy nguyên lý hoạt động của sơ đồ thủy lực là chung cho cả 2 chế độ điều khiển bằng tay và chế độ điều khiển tự động qua PLC. Khi dầu đã được các bơm vận chuyển cấp từ két chứa ở buồng bơm và đã đủ áp lực thì hệ thống thủy lực luôn sẵn sàng hoạt động. - Giả sử cầu dẫn đang đóng mà ta muốn mở cầu dẫn thì trước hết các khóa phải được mở. Muốn vậy phải có tín hiệu điện đến tác động vào 2Y03. Khi đó van LOCKING sẽ đổi trạng thái : cửa P thông với cửa A và cửa B thông với cửa T ( hình vẽ ). Như vậy áp lực dầu từ buồng bơm sẽ được cấp qua van 03, 04, qua cửa P đến cửa A của van Locking. Khi áp suất dầu thủy lực đạt đến 15 bar làm cho van 06 thông, dầu đi đến đẩy các Pittong thủy lực theo chiều mở khóa. Mặt khác dầu cũng sẽ được đẩy ra qua cửa kia của Pittong để hồi theo đường ngược lại ( Lock ) chở về két. - Khi các khóa đã được mở hết tức các đèn báo vị trí của các cảm biến khóa mở hết đã báo đúng thì ta tiến hành mở cầu dẫn bằng cách gửi tín hiệu điện đến tác động vào 2Y02 của van RAMP. Khi đó van RAMP sẽ đổi trạng thái : cửa P thông với cửa B và cửa A thông với cửa T ( hình vẽ ). Như vậy áp lực dầu từ buồng bơm sẽ được cấp qua van 03, 04 lên cửa P và qua cửa B của van RAMP. Sau đó dầu thủy lực sẽ được đi theo 2 đường : 91 + Đường 1 : Dầu thủy lực sẽ qua 2 bộ điều chỉnh lưu lượng số 22 đến đẩy Pittong 205 ( LAUNCHING CYLINDER ). Pittong này sẽ đẩy cầu dẫn dịch chuyển ban đầu ra khỏi vị trí cố định và cầu dẫn sẽ từ từ hạ xuống bằng trọng lượng của nó. + Đường 2 : Khi Pittong LAUNCHING đã đẩy ra hết thì dầu thủy lực sẽ qua đường ống có tiết diện  1.0, qua van 1 chiều 05 đi vào cửa 219 của 2 Xilanh 180 đẩy Pittong theo chiều hạ cầu dẫn. Đồng thời 1 phần dầu thủy lực cũng qua van 1 chiều FLOAT ( lúc đó van FLOAT chưa có điện ). 1 đường dầu sẽ đi qua bộ điều chỉnh lưu lượng số 21 rồi đi vào 2 Xilanh chính theo đường CLOSE tạo áp lực để đỡ Pittong. Khi 2Y10 có điện thì van FLOAT sẽ đổi trạng thái, dầu qua van FLOAT sẽ nhiều hơn và dầu đi vào 2 Xilanh chính theo đường CLOSE sẽ nhiều hơn làm cầu dẫn mở chậm lại 1 cách từ từ. - Quá trình đóng cầu dẫn được thực hiện 1 cách ngược lại với quá trình mở. Khi cầu dẫn đã đóng hoàn toàn, đèn báo RAMP CLOSED đã sáng thì ta tiến hành đóng khóa. - Quá trình đóng khóa được thực hiện 1 cách ngược lại với quá trình mở khóa. b. Hoạt động của mạch điện : Để vận hành cầu dẫn mạn ta có thể điều khiển bằng tay tại tủ điều khiển từ xa 2A200 hoặc điều khiển qua PLC tại các vị trí khác nhau : tại tủ điều khiển từ xa 2A100 hoặc tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200. Để đưa hệ thống vào làm việc trước tiên ta phải cấp nguồn cho hệ thống. Đóng các Aptomat Q4, Q5 ở tủ 1A100 sẵn sàng cấp nguồn cho động cơ M4, M5 lai bơm P4, P5. - Khi bơm đã hoạt động, áp lực dầu đủ lớn tức hệ thống thủy lực đã sẵn sàng hoạt động và tất cả các đèn báo của các cảm biến vị trí đã báo đúng thì ta sẽ tiến hành điều khiển. - Giả sử cầu dẫn đang ở vị trí đóng khi đó các cảm biến B131, B133; B111, B113; B100; B121, B123; B161, B163 và B141 sẽ đóng lại, làm cho các Rơle K1, K3, K5, K6, K8 và K10 ở tủ trung gian 2A300 có điện và làm thay đổi trạng thái các tiếp điểm của nó. Cụ thể là : + Các tiếp điểm 11-14 Page 002.6B, 002.6C và 002.6D đóng lại để cấp nguồn 24 VDC xuống hộp 80X6 và cấp nguồn cho đèn chỉ báo cầu dẫn đang đóng của hệ 80A100 trên buồng lái. + Các tiếp điểm 21-24 Page 007.2C, 007.3C, 007.4C, và 007.5C và tiếp điểm 11-14 của K10 ở Page 007.6C đóng lại đưa đến các đầu vào X0, X2, X4, X5, X7 và X11 của PLC đồng thời cấp nguồn cho các đèn chỉ báo H1, H3, H5, H6 và H8 ở tủ 2A100 ( Page 009 ) cũng như các đèn chỉ báo H1, H3, H5, H6 và H8 ở trên tủ 1A200 ( Page 011) báo khóa đang đóng. + Ta cũng có thể khởi động Pump N0.4 và N0.5 bằng cách ấn nút SH2 và SH4 tại tủ điều khiển 2A100 ( Page 008.6B, 7B ) hoặc tại tủ điều khiển 2A200 ( Page 010.5C ). Khi đó tín hiệu sẽ được gửi đến đầu vào của PLC ở tủ điều khiển 1A150 và PLC cũng gửi tín hiệu ra đến trụ X2/4 và X2/6 đưa vào đầu vào X20 và X21 của PLC trên tủ điều khiển 2A100, đồng thời các đèn SH1 và SH2 sáng báo Pump N0.4 và Pump N0.5 đang hoạt động. 92 * Chế độ điều khiển bằng tay : - Khi điều khiển cầu dẫn nâng hạ bằng tay thì ta phải chuyển công tắc lựa chọn S11 ( Page 008.2D ) sang chế độ MANUAL. - Chế độ điều khiển bằng tay chỉ điều khiển được ở 1 vị trí đó là tại tủ điều khiển 2A100. Quá trình điều khiển mở cầu dẫn sẽ được thực hiện như sau : - Điều khiển mở khóa : Điều khiển mở khóa bằng tay được thực hiện bằng cách xoay công tắc S13 ( Page 015.6B ) ở bên trong tủ 2A100 về vị trí FREE. Khi đó van Y3 (Page 015.3E) sẽ có điện và thay đổi trạng thái để cho dầu đi vào đẩy các Pittong thủy lực theo chiều mở khóa cho đến khi các cảm biến B132, B34; B112, B114; B122, B124 và B162, B164 đóng lại làm cho các Rơle K2, K4, K7 và K9 tương ứng có điện làm thay đổi trạng thái tiếp điểm của nó. Các đèn chỉ báo H2, H4, H7, H9 sẽ sáng báo các khóa đang ở vị trí mở hết. Khi đó ta sẽ tiến hành mở cầu dẫn. - Điều khiển mở cầu dẫn : Điều khiển mở cầu dẫn bằng tay được thực hiện bằng cách xoay công tắc S12 về vị trí OPEN. Khi đó van Y2 (Page 015.2E) sẽ có điện và thay đổi trạng thái để cho dầu đi vào đẩy 2 Pittong thủy lực chính ở 2 bên theo chiều mở cầu dẫn. Để cho cầu dẫn mở chậm lại 1 cách từ từ thì ta sẽ xoay công tắc S14 về vị trí ON. Khi đó van Y5 (Page 015.4E) sẽ có điện và thay đổi trạng thái để cho lượng dầu đi vào 2 Pittong chính theo chiều CLOSE sẽ nhiều hơn tạo áp lực để cầu dẫn mở chậm chậm lại. Quá trình điều khiển đóng cầu dẫn sẽ được thực hiện ngược lại so với quá trình mở. Khi cầu dẫn đã đóng hoàn toàn, các đèn báo H5 RAMP CLOSED ( Page 009.3F ) sáng thì ta tiến hành đóng khóa bằng cách xoay công tắc S13 về vị trí LOCK. * Chế độ điều khiển qua PLC : - Chế độ điều khiển thông qua PLC có thể điều khiển được ở 2 vị trí : đó là tại tủ điều khiển tại chỗ 2A200 và tại tủ điều khiển từ xa 2A100. - Để điều khiển được qua PLC thì cần phải thỏa mãn 1 số điều kiện sau : + Trước hết phải xoay công tắc S11 ( Page 008.2D ) sang vị trí PLC để đưa tín hiệu vào đầu vào X12 của PLC. Khi đó chế độ điều khiển bằng tay sẽ bị ngắt ra. + Pump N0.4 và Pump N0.5 phải được khởi động để đưa tín hiệu vào đầu vào X20 và X21 của PLC. + Khi cầu dẫn đang ở vị trí đóng hết hoặc mở hết thì các cảm biến tương ứng với vị trí LOCK hoặc FREE phải báo đúng để đưa tín hiệu vào các đầu vào từ X0X11. Quá trình điều khiển đóng cầu dẫn sẽ được thực hiện như sau : - Điều khiển đóng cầu dẫn : + Điều khiển đóng cầu dẫn được thực hiện bằng cách chuyển tay trang S1 ( Page 008.3B ) về vị trí CLOSE. Tiếp điểm 23-24 của S1 đóng lại gửi tín hiệu vào đầu vào X14 RAMP CLOSE của PLC. Tín hiệu từ đầu ra Y10 RAMP CLOSE của PLC được gửi đến tác động vào van Y1 ( Page 015.2E ), van Y1 có điện sẽ mở làm dầu thủy lực đi qua đẩy 93 2 Pittong chính theo chiều đóng cầu dẫn. Đồng thời tín hiệu từ đầu ra Y5 ATENTION ALARMS ( Page 014.2C ) của PLC được gửi đến tác động làm Rơle K1 ( Page 014.2D ) có điện đóng 2 tiếp điểm K1 11-14 ( Page 014.6B ) và K1 21-24 ( Page 014.7B) để cấp nguồn cho đèn H191, H192 và còi báo hiệu ở trên tầng 5 và tầng 11 của tàu. + Để cho sự chuyển động của cầu dẫn được chậm lại 1 cách từ từ thì ta sẽ ấn nút ấn màu vàng SH3 FLOATING ( Page 008.5B ) gửi tín hiệu vào đầu vào X17 RAMP FLOATING ON/OFF. Tín hiệu từ đầu ra Y14 ( Page 015.4C ) của PLC gửi đến tác động vào van Y5 ( Page 015.4E), van Y5 có điện sẽ mở làm giảm bớt 1 phần dầu thủy lực đi vào 2 Pittong chính và cầu dẫn sẽ được đóng chậm lại. Đồng thời tín hiệu từ đầu ra Y1 RAMP FLOATING ( Page 013.3C ) cấp nguồn cho đèn SH3 sáng. + Khi đèn báo RAMP CLOSED H5 sáng báo cầu dẫn đã đóng ta sẽ tiến hành đóng khóa bằng cách chuyển tay chang S2 ( Page 008.4B ) về vị trí LOCK. Tiếp điểm 13-14 của S2 đóng lại gửi tín hiệu vào đầu vào X15 CLEATING LOCKING LOCK của PLC. Tín hiệu từ đầu ra Y13 ( Page 015.3C ) của PLC gửi đến tác động vào van Y4 ( Page 015.3E), van Y4 có điện sẽ mở làm dầu thủy lực đi đến đẩy các Pittong theo chiều đóng khóa. Khi khóa đã đóng thì các cảm biến sẽ tác động, các đèn báo H1, H3, H5, H6 và H8 sẽ sáng báo vị trí các khóa đã đóng hết. - Quá trình điều khiển trên tủ điều khiển tại chỗ 2A200 là hoàn toàn tương tự như ở tủ điều khiển 2A100. 4.2.3. Các báo động và bảo vệ cho hệ thống. - Bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các động cơ nhờ các Aptomat. - Bảo vệ “không” nhờ các nút ấn Start hoàn nguyên tác động tới các Contactor chính. - Bảo vệ khi góc hạ cầu dẫn quá giới hạn nhờ cảm biến góc B141. - Dừng sự cố : các nút dừng sự cố S10 (Sheet 016) tại 1A151 ở cửa buồng bơm, SH10 (Sheet 006) tại tủ điều khiển 2A100 và 2A200 khi ấn sẽ làm Rơle K10 mất nguồn ngừng cấp nguồn điều khiển cho các van thủy lực và PLC sẽ cho tín hiệu ra Y3 làm đèn SH10 (Sheet 013.5E) - Bảo vệ ngắn mạch cho PLC nhờ cầu chì F1 (Sheet 003.3B). - Bảo vệ khi áp lực dầu trong ống động lực chính quá cao thì van tràn sẽ tác động làm thông ống động lực với ống hồi dầu. - Bảo vệ và báo động thông số nhiệt độ dầu. Khi nhiệt độ dầu trong két quá cao >600 C thì sẽ dừng tất cả các bơm. Tín hiệu nhiệt độ lấy từ cảm biến nhiệt PT100 là liên tục qua bộ chuyển đổi sẽ hiển thị trên màn hình LED ở tủ điều khiển 1A150 với đơn vị 0C . - Bảo vệ và báo động thông số mức dầu trong két. Cảm biến áp lực B4 cho tín hiệu 4-20mA liên tục qua bộ chuyển đổi sẽ hiển thị trên màn hình LED ở tủ điều khiển 1A150 theo đơn vị % . 94 Chương 5 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN PLC S7-200 5.1. Tổng quan về thiết bị lập trình PLC. PLC viết tắt của Program Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình. 5.1.1. Vai trò của bộ điều khiển PLC. Trong hệ thống điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC được coi như là bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển. Với một chương trình ứng dụng điều khiển (được lưu giữ trong bộ nhớ của PLC), PLC giám sát chặt chẽ, ổn định chính xác trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu của các thiết bị đầu vào. Sau đó sẽ căn cứ trên chương trình logic để xác định tiến hành hoạt động, đồng thời truyền tín hiệu đến thiết bị đầu ra. PLC có thể được sử dụng để điều khiển những thao tác ứng dụng đơn giản, lặp đi lặp lại hoặc một vài thiết bị trong đó chúng có thể được nối mạng cùng với hệ thống điều khiển trung tâm hoặc những máy tính trung tâm thông qua một phần của mạng truyền dẫn, với mục đích để tổ hợp việc điều khiển một quá trình xử lí phức tạp. 5.1.2. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200. 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 được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214. Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của 2 loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ ra và nguồn cung cấp. - CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra, có khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng. - CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng . - S7-200 có nhiều loại mở rộng khác nhau.  CPU 212 bao gồm : - 512 từ đơn (word), từc là 1 k byte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ ghi được và không mất dữ liệu nhờ có giao diện với EFPROM. Vùng nhớ với tính chất như vậy được gọi là vùng nhớ non - volatile. - 512 từ đơn để lưu dữ liệu trong đó có 100 từ nhớ đọc/ ghi thuộc miền non-volatile. - 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic. - Có thể ghép nối thêm 2 modul để mở rộng số cổng vào/ ra, bao gồm cả modul tương tự (Analog). 95 - Tổng số cổng logic vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. - 64 bộ tạo thời gian trễ (timer), trong đó có 2 timer có độ phân giải 1ms, 8 timer có độ phân giải 10ms và 54 timer có độ phân giải 100ms. 64 bộ đếm (counter) chia làm 2 loại : Loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi. - Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt các khâu bao gồm ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2KHz). - Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50h khi PLC bị mất nguồn nuôi.  CPU 214 bao gồm : - 2048 từ đơn (4K byte thuộc vùng nhớ đọc/ghi non - volatile để lưu chương trình). - 2048 từ đơn (4K byte) kiểu đọc/ghi dữ liệu, trong đó có 512 từ đầu thuộc miền non- volatile. - 14 cổng vào Logic và 10 cổng ra Logic. - Có 7 Modul để mở rộng thêm cổng vào /ra bao gồm cả Modul Analog. Tổng số cổng logic vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. - 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau 4 timer có độ phân giải 1ms, 16 timer có độ phân giải 10ms và 108 timer có độ phân giải 100ms. - 128 bộ đếm (counter), chia làm 2 loại : Loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi. - 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. - Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau, bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt của bộ đếm tốc độ cao. - Ba bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz và 7KHz. - Hai bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc PWM. - Hai bộ điều chỉnh tương tự. - Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. - Bộ điều khiển lập trình S7-200 với khối vi xử lý CPU 214. 96 Hình 5.1 Mô tả các đèn báo trên S7-200, CPU 214. - SF (đèn đỏ ) : Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC có hỏng hóc. - RUN (đèn xanh) : Đèn xanh Run chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy. - STOP (đèn vàng): Đèn vàng stop chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại. - I x.x (đèn xanh) : Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x (x.x = 0.0 1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của cổng. - Qy.y (đèn xanh) : Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng Qy.y (y.y = 0.0 1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của cổng.  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. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 300  38400 baud SIEMENS SIMATIC S7 - 200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 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 Các cổng vào Cổng truyền thông Các cổng ra 97 Hình 5.2 Sơ đồ chân của cổng truyền thông Chân Giải thích Chân Giải thích 1 Đất 6 5 VDC(Điện trở trong 100 ) 2 24 VDC 7 24VDC(120mA tối đa) 3 Truyền và nhận dữ liệu 8 Truyền và nhận dữ liệu 4 Không sử dụng 9 Không sử dụng 5 Đất - Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG 7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS –232 cần có cáp nồi PC/PPI với bộ chuyển đổi RS –232 /RS-485. Hình 5.3 Hai cách ghép nối máy tính với PLC S7-200 để truyền thông. 1 2 3 4 5 9 8 7 6 MPI card Máy tính Máy tính COM PC/PPI S7-200 S7-200 98  Công tắc lựa chọn chế độ làm việc cho PLC : - Công tắc chọn chế độ làm việc có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC. - RUN cho phép PLC thực hiện chương trìng trong bộ nhớ. PLC S7 200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố, hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc đang ở chế độ RUN. Nếu quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. - STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trìng đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. - TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP.  Pin và nguồn nuôi bộ nhớ : Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc để nạp một chương trình mới. Nguồi pin có thể được sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 5.1.3. Cấu trúc bộ nhớ . a. Phân chia bộ nhớ : - Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần các bít nhớ đặc biệt được kí hiệu bởi SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. Ch/Trình Tham số Dữ liệu Ch/trình Dữ liệu Đối tượng Tham số Ch/Trình Tham số Dữ liệu Hình 5.4.Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 EFPROM Miền nhớ ngoài 99 - Vùng chương trình: Là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non –volatile đọc/ghi được. - Vùng tham số: là miền lưu giữ tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm. Cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non- volatile đọc/ ghi được. - Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cắt các dữ liệu của chương trình bao gồm: các kết quả, các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông … Một phần của vùng nhớ này ( 200 byte đầu tiên đối với CPU212, 1K byte đầu tiên đối với CPU 214 ) thuộc kiểu non- volatile đọc/ ghi được. - Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào /ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không thuộc kiểu non-volatile nhưng đọc/ghi được. b. Mở rộng cổng vào ra : - CPU 212 cho phép mở rộng nhiều nhất 2 modul và CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 modul. Các modul mở rộng tương tự và số đều có trong S7-200. Có thể mở rộng cổng ra, vào của PLC bằng cách, ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích, bao gồm các modul có cùng kiểu. Ví dụ: một modul cổng ra không thể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ như một modul và ngược lại. - Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ cho bộ đếm, tương ứng với số đầu vào/ra của modul. - Sau đây là một ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng trên CPU214. CPU 214 Modul 0 (4Vào/ 4Ra) Modul 1 (8Vào) Modul 2 3 vào Analog/ 1Ra Analog Modul 3 (8 Ra) Modul4 3VàoAnalog/ 1Ra Analog I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 AIW0 AIW2 AIW4 AQW0 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7 AIW8 AIW10 AIW12 AQW4 100 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 Q1.1 c. 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 đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc (MEND). - Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. - Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh 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 1 và 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. - Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một 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 điểm nào trong vòng quét. 5.1.4. Cấu trúc của 1 chương trình trên S7-200. - Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng trong các phần mềm sau đây : 4. Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi 3. Truyền thông và tự kiểm tra 1. Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đệm ảo 2. Thực hiện chương trình Hình 5.5. Vòng quét ( Scan) trong S7-200 101 + STEEP7- micro/DOS + STEP7 – micro/WIN - Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân ( PC). - Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính, (main program) sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử 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 MEND. Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chưong trình. Nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải kết thúc 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 xử lý ngắt đằng sau chương trình chính. Main program || MEND Thực hiện trong một vòng quét SBR 0 Chương trình con thứ nhất || RET Thực hiện khi được chương trình chính gọi SBR n Chương trình con thứ n+1 || RET INT0 chương trình xử lý ngắt thứ nhất || Thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt 102 RET 1 INT0 Chương trình xử lý ngắt thứ n+1 || RET 1 5.1.5. Trình tự chung thiết kế một hệ thống tự động điều khiển sử dụng thiết bị PLC. Để thiết kế hệ thống tự động điều khiển sử dụng bộ điều khiển PLC cần theo các bước sau: * Xác định chức năng của hệ thống điều khiển : Đầu tiên chúng ta phải quyết định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúng ta muốn điều khiển. Mục đích chủ yếu của bộ điều khiển được lập trình là để điều khiển một hay nhiều phần tử thực hiện của đối tượng. Để xác định chức năng hệ thống điều khiển chúng ta cần xác định thứ tự hoạt động thông qua việc mô tả bằng lưu đồ. * Xác định các đầu vào và đầu ra : Tất cả các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài được nối với bộ điều khiển, được lập trình hoá phải được xác định. Những thiết bị đầu vào là van điện từ, Rơle, công tắc tơ, đèn chỉ báo … Sau việc nhận dạng các thiết bị chủng loại, đầu vào và đầu ra đó, chúng ta tiến hành lựa chọn cấu hình PLC và các khối mở rộng một cách phù hợp. Gán đầu vào (INPUT) và đầu ra (OUTPUT) tương ứng với PLC đã chọn. * Viết chương trình : Ngôn ngữ lập trình của S7-200 Cách lập trình S7-200 nói riêng và các PLC của Siemens nói chung dựa trên 3 phương pháp cơ bản : phương pháp hình thang (LAD), phương pháp danh sách lệnh (STL), và phương pháp sơ đồ khối (FBD). - LAD (Ladder logic) là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ, các thành phần cơ bản trong LAD : + Hộp (Boss) : Là biểu tượng mô tả các hàm chức năng khác nhau. Ví dụ các bộ thời gian (timer), bộ đếm (couter) và các hàm toán học thường được điều khiển bằng (Box). + Biểu tượng –( )– : Tương ứng các cuộn dây Rơle. Đây chính là kết quả của một logic điều khiển nào đó . 103 + Biểu tượng –– Tương ứng như các tiếp điểm của Rơle. Nó kết hợp với nhau tạo nên logic điều khiển . - STL (Statementlist) : Đây là phương pháp thể hiện chương trình bằng cách sử dụng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh biểu diễn một chức năng của PLC. - FBD : Đây là phương pháp thể hiện các lệnh thực hiện phép toán logic bằng cách kí hiệu đồ hoạ đã được chuẩn hoá. Để có thể viết chương dưới dạng STL, chúng ta cần phải nắm được cách sử dụng ngăn xếp của S7 –200. Ngắn xếp bao gồm có 9 bit tất cả các thuật toán liên quan với ngắn xếp chữ làm việc với bit đầu tiên và bit thứ hai của ngăn xếp. Giá trị logic mới luôn được gửi vào ngăn xếp. Trường hợp phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp, thì ngăn xếp sẽ được kéo lên 1 bit. Việc lập trình được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm STEP7. Phần mềm này đều có thể cài đặt trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC). Như vậy chương trình sẽ được viết trên máy tính sau đó sẽ được nạp vào PLC thông qua cổng truyền thông. * Nạp chương trình vào bộ nhớ. Ta truy nhập chương trình đã được soạn thảo vào trong bộ nhớ thông qua máy tính với sự trợ giúp của phần mềm đi kèm theo thiết bị. * Chạy thử chương trình điều khiển : Để đảm bảo cấu trúc chương trình và các tham số đã cài đặt chính xác trước khi đưa vào hệ thống điều khiển. Ta cần phải chạy thử chương trình, nếu có lỗi hoặc chưa hợp lý thì phải sửa trong khi chạy thử chương trình, cuối cùng đã ghép nối với đối tượng và hoàn chỉnh chương trình theo hoạt động của máy. 5.2. Thuật toán điều khiển. 5.2.1. Chức năng mở khóa : Hình 5.6 5.2.2. Chức năng đóng khóa : Hình 5.7 5.2.3. Chức năng mở cầu dẫn : Hình 5.8 5.2.4. Chức năng đóng cầu dẫn : Hình 5.9 104 Hình 5.6 : Thuật toán mở khóa Hình 5.7 : Thuật toán đóng khóa 105 Hình 5.8 : Thuật toán mở cầu dẫn 106 Hình 5.9 : Thuật toán đóng cầu dẫn 107 5.3. Xây dựng chương trình điều khiển trên PLC S7-200. 5.3.1. Các đầu vào số. - I0.0 : Công tắc cấp nguồn. - I0.1 : Cảm biến đóng khóa bên trái. - I0.2 : Cảm biến mở khóa bên trái. - I0.3 : Cảm biến đóng khóa bên phải. - I0.4 : Cảm biến mở khóa bên phải. - I0.5 : Cảm biến đóng khóa ở giữa. - I0.6 : Cảm biến mở khóa ở giữa. - I0.7 : Cảm biến đóng khóa trên đỉnh. - I1.0 : Cảm biến mở khóa trên đỉnh. - I1.1 : Cảm biến RAMP CLOSED. - I1.2 : Cảm biến góc RAMP TOO LOW. - I1.3 : Công tắc chọn chế độ điều khiển qua PLC. - I1.4 : Tay chang điều khiển : RAMP OPEN. - I1.5 : Tay chang điều khiển : RAMP CLOSE. - I1.6 : Công tắc đóng khóa : LOCK. - I1.7 : Công tắc mở khóa : FREE. - I2.0: Nút ấn RAMP FLOATING. - I2.1 : Tín hiệu PUMP N0.4 RUNNING. - I2.2 : Tín hiệu PUMP N0.5 RUNNING. - I2.3 : Tín hiệu báo lỗi từ buồng bơm. - I2.4 : Nút thử đèn, còi. 5.3.2. Các đầu ra số. - Q0.0 : Đèn báo cảm biến góc RAMP TOO LOW. - Q0.1 : Đèn báo RAMP FLOATING. - Q0.2 : Đèn báo RAMP ALARM. - Q0.3 : Còi BUZZER. - Q0.4 : Rơ le cấp nguồn cho đèn quay. - Q0.5 : Van Y1 RAMP CLOSE. - Q0.6 : Van Y2 RAMP OPEN. - Q0.7 : Van Y3 mở khóa FREE. - Q1.0 : Van Y4 đóng khóa CLOCK. - Q1.1 : Van Y5 RAMP FLOATING. 5.3.3. Lưu đồ thuật toán cho các đầu ra số : a. Đèn báo cảm biến góc RAMP TOO LOW (Q0.0) ( Hình 5.10 ). b. Đèn báo RAMP FLOATING (Q0.1) ( Hình 5.11 ). 108 Hình 5.10 Hình 5.11 c. Đèn báo RAMP ALARM (Q0.2) : ( Hình 5.12 ). d. Còi BUZZER (Q0.3) : ( Hình 5.13 ). Hình 5.12 Hình 5.13 e. Rơ le cấp nguồn cho đèn quay (Q0.4) ( Hình 5.14 ). f. Van Y1 RAMP CLOSE (Q0.5) ( Hình 5.15 ). 109 Hình 5.14 Hình 5.15 g. Van Y2 RAMP OPEN ( Q0.6 ) ( Hình 5.16 ). h. Van Y3 mở khóa FREE ( Q0.7 ) ( Hình 5.17 ). Hình 5.16 Hình 5.17 i. Van Y4 đóng khóa CLOCK (Q1.0) ( Hình 5.18 ). j. Van Y5 RAMP FLOATING (Q1.1) ( Hình 5.19 ). 110 Hình 5.18 Hình 5.19 111 k. Thuật toán bộ đếm Counter ( Hình 5.20 ). Hình 5.20 5.3.4. Chương trình điều khiển. Chương trình điều khiển được trình bày ở phần phụ lục. 112 KẾT LUẬN Sau thời gian 3 tháng làm Đồ Án Tốt Nghiệp, với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo T.s Trần Anh Dũng cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện Tử Tàu Biển, đến nay đồ án của em đã hoàn thành bao gồm các nội dung chính sau : - Phần 1 : Tổng quan về trang thiết bị điện tàu chở 4900 ôtô bao gồm : Trạm phát điện và hệ thống cung cấp năng lượng, các hệ thống truyền động điện điển hình và các hệ thống tự động điển hình. - Phần 2 : Đi sâu nghiên cứu hệ thống cầu dẫn mạn và xây dựng chương trình điều khiển trên PLC S7 – 200. Trải qua quá trình thực tập tốt nghiệp tại Công ty đóng tàu Hạ Long, được đi làm và tìm hiểu thực tế đã cho em một cái nhìn vừa tổng quát vừa chi tiết về các hệ thống điện trên một tàu thuỷ hiện đại. Không những thế đó còn là quãng thời gian để em củng cố, tổng hợp lại kiến thức trong hơn 4 năm học vừa qua, đồng thời rèn luyện cho em kỹ năng nghiên cứu hệ thống, đọc và trình bày bản vẽ, văn bản. Điều đó giúp ích cho bản thân em rất nhiều về việc nâng cao kiến thức chuyên môn, thói quen nghề nghiệp trước khi ra trường. Do thời gian có hạn nên đồ án của em cũng chỉ dừng lại ở việc đi sâu nghiên cứu và chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và của các bạn . 113 Tài liệu tham khảo 1. KS. BÙI THANH SƠN Trạm phát điện tàu thủy Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải Hà Nội - 2000 2. KS. LƯU ĐÌNH HIẾU Truyền động điện tàu thủy Nhà xuất bản Xây Dựng Hà nội - 2004 3. T.S. LƯU KIM THÀNH Phần tử tự động Nhà xuất bản Hải Phòng - 2007 4. NGUYỄN BÍNH Điện tử công suất lớn Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội - 2000 5. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Hệ thống điều khiển bằng khí nén Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội - 1998 6. NGUYỄN DOÃN PHƯỚC, PHAN XUÂN MINH Tự động hóa với SIMATIC S7-200 Nhà Xuất Bản Nông Nghiệp Hà Nội - 1997