Đồ án Xây dựng chương trình điều khiển trạm trộn bê tông dùng PLC Misubishi

ung gian. Công nghệ sản xuất bê tông nói chung tương tự nhau: Vật liệu sau khi định lượng được đưa vào trộn đều. Trong trường hợp kết hợp sản xuất bê tông và vữa xây dựng trong một dây chuyền thì có thể giảm được 32% diện tích mặt bằng, từ 30%÷50% công nhân, từ 8%÷19% vốn đầu tư thiết bị. Một nhà máy bê tông và vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông và vữa cung cấp không quá 300.000 m3 / năm. 1.1.2. Cấu tạo chung của trạm trộn Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính: Bãi chứa cốt liệu, hệ thống máy trộn bê tông và hệ thống cung cấp điện. a) Bãi chứa cốt liệu. Bãi chứa cốt liệu là một khoảng đất trống dùng để chứa cốt liệu (cát, đá to đá nhỏ) ở đây cát, đá to, đá nhỏ được chất thành các đống riêng biệt. Yêu cầu đối với bãi chứa cốt liệu phải rộng và thuận tiện cho việc chuyên chở cũng như lấy cốt liệu đưa lên máy trộn. b) Hệ thống máy trộn bê tông. Hệ thống máy trộn bê tông bao gồm hệ thống thùng chứa liên kết với hệ thống định lượng dùng để xác định chính xác tỉ lệ các loại nguyên vật liệu cấu tạo nên bê tông. Băng tải dùng để đưa cốt liệu vào thùng trộn và gồm máy bơm nước, máy bơm phụ gia, xi lô chứa xi măng, vít tải xi măng, thùng trộn bê tông, hệ thống khí nén. Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và phễu chứa trung gian. c) Hệ thống cung cấp điện. Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có công suất lớn vì vậy trạm trộn bê tông cần có một hệ thống cung cấp điện phù hợp để cung cấp cho các động cơ và nhiều thiết bị khác. 1.2. Phân loại trạm trộn Dựa theo năng suất, người ta chia các nơi sản xuất bê tông thành 3 loại như sau : Trạm bê tông năng suất nhỏ (10÷30 m3 / h) Trạm trộn bê tông năng suất trung bình (30÷60 m3 / h) Nhà máy sản xuất bê tông năng suất lớn (60÷120 m3 / h) Có 2 dạng trạm trộn: 1.2.1. Trạm cố định Trạm phục vụ cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ đồng thời cung cấp bê tông phục vụ trong phạm vi bán kính làm việc hiệu quả. Thiết bị của trạm được bố trí theo dạng tháp, một công đoạn có ý nghĩa là vật liệu được đưa lên cao một lần, thao tác công nghệ được tiến hành. Thường vật liệu được đưa lên độ cao từ (18÷20) m so với mặt đất, chứa trong các phễu xi măng (chứa trong xi lô). Trong quá trình dịch chuyển xuống chúng được đi qua cân định lượng sau đó đưa vào máy trộn. Điểm cuối cùng của cửa xả bê tông phải cao hơn miệng cửa nhận của thiết bị nhận bê tông.Trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn bê tông nào chỉ cần chúng đảm bảo mối tương quan về năng suất với các thiết bị khác. Để phục vụ cho công tác bê tông yêu cầu khối lượng lớn, tập trung, đường xá vận chuyển thuận lợi, cự ly vận chuyển dưới 30 km thì sử dụng trạm này là kinh tế nhất. Trong trường hợp vừa có các công trình tập trung yêu cầu khối lượng lớn, vừa có các điểm xây dựng phân tán đặc trưng cho các đô thị Việt Nam cần sử dụng sơ đồ hỗn hợp, vừa cấp hỗn hợp khô cho các công trình nhỏ, phân tán đường xá lưu thông kém. Nếu cung cấp bê tông thì phải dùng ôtô trộn còn cung cấp hỗn hợp khô thì việc trộn sẽ được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông. 1.2.2. Trạm tháo lắp di chuyển được Dạng này có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng, di động phục vụ một số vùng hay công trình lớn trong một thời gian nhất định. Thiết bị công nghệ của trạm thường được bố trí dạng 2 hay nhiều công đoạn, nghĩa là vật liệu được đưa lên cao nhờ các thiết bị ít nhất là 2 lần. Thường trong giai đoạn này phần định lượng riêng và phần trộn riêng, giữa hai phần được nối với nhau bằng thiết bị vận chuyển (gầu vận chuyển, băng tải xe, xe vận chuyển). Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băng chuyền....vào các phễu riêng biệt sau đó là quá trình định lượng. Tiếp theo vật liệu được đưa lên cao lần nữa để cho vào máy trộn. Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn nào miễn là đảm bảo mối tương quan về năng suất và chế độ làm việc của các thiết bị khác. Cửa xả phải cao hơn cửa nhận bê tông của thiết bị vận chuyển (nếu tháp cao hơn phải đưa lên cao một lần nữa). So với dạng cố định loại trạm này có độ cao nhỏ hơn nhiều (từ 7m÷10m) nhưng lại chiếm mặt bằng khá lớn. Phần diện tích dành cho khu vực định lượng, phần diện tích dành cho trộn bê tông và phần nối giữa hai khu vực dành cho vận chuyển. Trên thực tế, tổng mặt bằng cho loại trạm này nhỏ hơn vì chúng có sản lượng nhỏ hơn nên bãi chứa cũng nhỏ hơn. Khi xây dựng các công trình phân tán, đường xấu, lưu thông xe không tốt thường sử dụng các trạm trộn di động hoặc cung cấp bê tông khô trên các ô tô trộn. Việc trộn được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông. 1.3. Máy trộn 1.3.1. Cấu tạo chung của các máy trộn Nhìn chung các máy trộn bê tông có nhiều loại và có tính năng khác nhau nhưng cấu tạo chung của chúng đều có các bộ phận: -Bộ phận cấp liệu: Bao gồm máng cấp liệu và các thiết bị định lượng thành phần cốt liệu khô như đá, cát, sỏi, xi măng. -Bộ phận thùng trộn: Thùng trộn . -Bộ phận dỡ sản phẩm. -Hệ thống cấp nước. 1.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông 1.4.1.Cấu tạo Bãi chứa cốt liệu: Từ bãi chứa cốt liệu cát và đá. Vật liệu được đưa xuống 3 băng tải riêng biệt chờ để tiến hành cân. Bộ phận định lượng: Phân phối liệu gồm 3 phễu: hai phễu đá và một phễu cát, định lượng có 3 quả cân điện tử (3 cảm biến trọng lượng). Việc đóng, mở các phễu được điều khiển bằng các xi lanh khí nén riêng biệt. Phía dưới các phễu là một thùng đáy được mở nhờ một xi lanh khí nén lần lượt các cửa xả xuống thùng cân, sau khi cân xong thì thùng liệu được trút xuống phễu trộn chung. Chuyển xi măng lên xi lô: Xi măng được đưa lên xi lô chứa bằng cách bơm xi măng từ xe chở xi măng chuyên dụng lên xi lô. Xi măng được đưa lên miệng xi lô nhờ trục vít xoắn hướng trục với xi lô chứa. Từ miệng xi lô chứa xi măng được vận chuyển tới cân định lượng rồi xả vào thùng trộn. Xe kíp, dùng để vận chuyển cốt liệu từ 3 phễu riêng biệt lên các thùng cân. 1.4.2. Quá trình chuẩn bị Từ các nguyên vật liệu xây dựng để sản xuất ra sản phẩm cuối cùng là bê tông ta cần thực hiện các công việc như sau: Cốt liệu được để riêng biệt ở bãi chứa cốt liệu. Cốt liệu được máy xúc lật đưa lên đầy các thùng phễu riêng rẽ, chờ xả xuống băng tải để vận chuyển lên các thùng cân cốt liệu, xi măng được đưa lên xi lô chứa xi măng trên cao. Nước được bơm lên đầy các thùng chứa để chờ cân định lượng. a) Kiểm tra các điều kiện làm việc Để bắt đầu một quá trình hoạt động mới, tránh trường hợp có quá trình hoạt động trước đó (chẳng hạn như sự cố). Trong thùng cân nước, cân phụ gia, cân xi măng, thùng trộn vẫn chưa xả hết nguyên liệu. Tại bàn điều khiển người vận hành ấn nút Reset để: Mở cửa xả bê tông Mở cửa xả thùng cân cát Mở cửa xả thùng cân đá. Mở cửa xả thùng cân xi măng Mở cửa xả thùng cân nước, phụ gia. Lúc này mới cho phép hệ thống làm việc . Sau khi quá trình chuẩn bị xong. Từ máy tính người vận hành nhập các thông số của mác bê tông như: khối lượng cát, đá1, đá2, xi măng, nước, phụ gia, số mẻ và các dữ liệu quản lý hành chính như tên lái xe, biển số xe, ngày, giờ xuất hành... Sau đó tới tủ điều khiển người vận hành chọn chế độ hoạt động cho máy là tự động hay bằng tay. Nếu là chế độ tự động người vận hành nhấn nút Auto, nếu là chế độ bằng tay thì nhấn nút Manual b) Chế độ điều khiển tự động Ở chế độ điều khiển tự động người vận hành chỉ cần nhấn nút Start trên bàn điều khiển. Động cơ trộn bê tông cho chạy ở chế độ không tải. Máy sẽ tự động cân đo các khối lượng nguyên vật liệu, ở đây thực hiện phương pháp cân riêng lẻ. Mở van xả cát, cát được xả xuống băng tải để đưa lên thùng cân. Đồng thời đá cũng xả để đưa lên thùng cân. Trong quá trình cân cốt liệu đồng thời cân luôn xi măng ,nước và phụ gia. Xi măng từ xi lô chứa đưa vào thùng cân nhờ vít tải, khi khối lượng xi măng bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ vít tải. Nước, phụ gia được bơm lên đưa vào thùng cân cho đến khi bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ bơm nước và phụ gia. Khi điều kiện thùng trộn “rỗng’, cửa xả thùng trộn “đóng”, thì cốt liệu và xi măng được đưa đổ vào thùng trộn bê tông bắt đầu quá trình trộn khô. Sau thời gian trộn khô là 30s thì xả nước và phụ gia vào trộn, bắt đầu thời gian trộn ướt là 30s (Thời gian trộn một mẻ khoảng 60s) thì cửa xả thùng trộn mở ra, bê tông được xả vào xe chuyên dụng. Sau thời gian xả khoảng 10s, đóng cửa xả bê tông lại. Kết thúc một mẻ trộn. Để chuẩn bị cho một mẻ trộn mới thì trong quá trình trộn bê tông và sau khi xả nguyên liệu: cát, đá, nước, xi măng và phụ gia tiếp tục được vận chuyển lên thùng cân nghĩa là: Khi số mẻ trộn chưa bằng số mẻ đặt thì sau khi xả cốt liệu và xi măng xong sẽ tiếp tục quay lại thực hiện cân cốt liệu và xi măng. Khi xả nước và phụ gia xong cũng tự động quay lại cân nước, phụ gia. Khi cân đủ thì dừng lại chờ mẻ tiếp theo. Khi số mẻ bằng số mẻ đặt thì dừng hết quá trình cân lại. c) Chế độ điều khiển bằng tay Ở chế độ điều khiển bằng tay,người vận hành gạt công tắc cân vật liệu xuống OFF, quan sát số liệu cân bằng thiết bị hiển thị trên bàn điều khiển hoặc quan sát trên màn hình phần mềm. Nhấn nút chạy động cơ trộn. Đưa tay gạt sang chế độ hoạt động bằng tay, gạt chuyển mạch đóng mở cửa xả sang vị trí “Stop”, khi cần điểu khiển, gạt chuyển mạch sang vị trí đóng hoặc mở cửa xả để đóng, mở cửa xả. Nhấn nút cấp cát,đá, đồng thời cấp luôn xi măng, nước, phụ gia. Người vận hành theo dõi số cân hiển thị trên máy tính, khi đủ nhấn vào một lần nữa các nút để dừng quá trình cấp.. Khi cốt liệu đã được cấp đủ đưa chúng vào thùng trộn. Lúc này nhấn nút xả cốt liệu đồng thời nhấn nút xả xi măng. Do động cơ trộn luôn chạy trong quá trình hoạt động nên sau khi xả xong cốt liệu, xi măng coi như máy đang trôn bê tông khô, thời gian trộn ướt được bắt đầu tính khi xả nước và phụ gia. Sau khi trộn ướt mẻ bê tông đã được hoàn thành, người vận hành chỉ việc nhấn nút xả bê tông. Không để chuyển mạch đóng mở cửa xả ở vị trí “tự động” vì khi đó có thể bê tông sẽ bị xả theo chế độ tự động trong khi chưa cân đủ nước hoặc đủ xi măng. 1.5. Thành phần vật liệu trộn bê tông Để kết cấu được bê tông nhất thiết cần có các nguyên liệu sau: 1.5.1.Xi măng Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng xen giữa các hạt cốt liệu, đồng thời tạo ra tính linh động của bê tông (được đo bằng độ sụt nón) Mác của xi măng được chọn phải lớn hơn mác của bê tông cần sản xuất, sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chất của nó ảnh hưởng lớn đến cường độ của bêtông. Bình thường hồ xi măng lấp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau một chút (với cự li bằng 243 lần đường kính hạt xi măng). Trong trường hợp này phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bê tông khá cao và yêu cầu cốt liệu cao hơn cường độ bê tông khoảng 1,5 lần. Khi bê tông chưá lượng hồ xi măng lớn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức chúng hầu như không có tác dụng tương hỗ nhau. Khi đó cường độ của đá, xi măng và cường độ của vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ bê tông nên yêu cầu cốt liệu thấp hơn . Tuỳ yêu cầu của loại bê tông có thể dùng các loại xi măng khác nhau, có thể dùng xi măng pô lăng, xi măng pô lăng bền sunfat, xi măng pôlăng xủ, xi măng puzolan và các chất kết dính khác để thoả mãn yêu cầu của chương trình. 1.5.2 . Cát Cát để làm bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ (0,14÷5) mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), từ (0,15÷4,75) mm theo tiêu chuẩn Mỹ, từ (0,08÷5) mm TCVN. Lượng cát khi trộn với xi măng và nước, phụ gia phải được tính toán hợp lý, nếu nhiều cát quá thì tốn xi măng không kinh tế và ít cát quá thì cường độ bê tông giảm. 1.5.3. Đá dăm Sỏi có mặt tròn, nhẵn, độ rộng và diện tích mặt ngoaì nhỏ nên cần ít nước, tốn xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm. Ngược lại đá dăm được đập vỡ có nhiều góc cạnh, diện tích mặt ngoài lớn và không nhẵn nên lực dính bám với vữa xi măng lớn tạo ra được bê tông có cường độ cao hơn. Tuy nhiên mác của xi măng đá dăm phải cao hơn hay bằng mác của bê tông tạo ra hay bê tông cần sản xuất. 1.5.4. Nước Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảo dưỡng bê tông) phải đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và thời gian rắn chắc của xi măng và không ăn mòn thép. Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được . Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông. Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng và lượng nước do cốt liệu. Lượng nước trong bê tông xác định tính chất của hỗn hợp bê tông. Khi lượng nước quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử nước chỉ hấp thụ trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp, lượng nước tăng đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nước trên mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giảm xuống, độ lưu động tăng thêm, lượng nước ứng với lúc bê tông có độ lưu động lớn nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp. Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước bẩn nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong một lít nước. Tuy nhiên cường độ bê tông sẽ giảm và không được sử dụng trong bê tông cốt thép. 1.5.5. Phụ gia Phụ gia là các chất vô cơ hoặc hoá học khi cho vào bê tông sẽ cải thiện tính chất của hỗn hợp bê tông hoặc bê tông cốt thép. Có nhiều loại phụ gia cho bê tông để cải thiện tính dẻo, cường độ, thời gian rắn chắc hoặc tăng độ chống thấm. Thông thường phụgia sử dụng có hai loại: Loại rắn nhanh và loại hoạtđộng bề mặt. Phụ gia rắn nhanh thường là loại muối gốc (CaCl2) hay muối Silic. Do là chất xúc tác và tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của C3S và C2S mà phụ gia CaCl2 có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên mà không làm giảm cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày. Hiện nay người ta sử dụng loại phụ gia đa chức năng, đó là hỗn hợp của phụ gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt hoặc các phụ gia tăng độ bền nước. Thành phần vật liệu của bê tông đóng vai trò quyết định đến chất lượng hay quyết định đến cường độ chịu lực cũng như mác của bê tông.Từ thực nghiệm người ta đã xác định được mác của bê ông ứng với từng loại vật liệu nhất định với một tỉ lệ xác định, ngược lại từ mác của bê tông người ta dễ dàng tra được tỉ lệ thành phần trong bê tông. 1.5.6. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông Khái niệm mác bê tông : Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông. Theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm × 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết. Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kg/cm²). Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là mác bê tông. Mác bê tông được phân loại từ 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 và 600. Khi nói rằng mác bê tông 200 chính là nói tới ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông kích thước tiêu chuẩn, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, được nén ở tuổi 28 ngày, đạt 200 kG/cm². Còn cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ là 90 kG/cm² (được lấy để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất). Ngày nay người ta có thể chế tạo bê tông có cường độ rất cao lên đến 1000 kg/cm². Độ sụt bê tông : Độ sụt hay độ lưu động của vữa bê tông, dùng để đánh giá khả năng dể chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động -Thành phần định mức cấp phối vật liệu cho 1 m3 bê tông dùng xi măng Hoàng Thạch PCB.30 . stt Mác bê tông Xi măng (kg) Cát (m3) Đá (m3) Nước (Lit) 1 150 228,205 0,505 0,913 185 2 200 330,505 0,481 0,900 185 3 250 415,125 0,455 0,887 185 Bảng 1.1. Thành phần định mức cấp phối Từ bảng trhành phần bê tông này , ta có thể tính toán giá trị khối lượng của đá , cát , xi măng , nước , phụ gia cho từng mẻ . Sau đó lấy các giá trị này để lập thành 1 giá trị tương ứng đưa vào đầu cân để lấy tín hiệu điều khiển đưa về PLC Chương 2 YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 2.1. Yêu cầu công nghệ của trạm trộn bê tông 2.1.1.Yêu 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. 2.1.2 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 2.1.3 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 2.1.4 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 2.1.5. 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 2.1.6. 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 2.1.7. Yêu cầu công nghệ của cửa xả 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 2.2.Thiết kế trạm biến áp Công suất tính toán của trạm là: (công thức 2.1) Stt = (Pđộng cơ trộn + Pđộng có xe kíp + Pvít tải + Pnén khí +Pbơm nước +Pbơm phụ gia +Pđầm cát +Pđầm xi + Pđầm đá)/ 0,8 (2.1) 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. 2.3. Lựa chọn máy cắt điện Bảng thông số của máy cắt điện: 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 Bảng 2.1. Thông số của máy cắt điện 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 Bản 2.2. Thông số cầu chì cao áp của hãng Simens 2.4. 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. 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 Bảng 2.3. Thông số aptomat hạ áp 2.5. Các phần tử đóng cắt, bảo vệ, đo lường liên động 2.5.1. 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. a)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 dựa theo công thức 2.2 : Itđ = (1,2÷1,3) Iđm ( 2.2 ) b)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. c)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. d)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... e)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. 2.5.2. 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. 2.5.3. 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 quá tải. Chương 3 GIỚI THIỆU PLC MITSUBISHI VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH SFC 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. Tổng quan về PLC Misubishi họ FX3U 3.2.1. Giới thiệu chung Kỹ thuật điều khiển khả trình đã phát triển mạnh và chiếm một vị trí rất quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân, nó không những thay thế cho cơ cấu rơle trước kia mà còn chiếm lĩnh các chức năng quan trọng khác như tính toán, chẩn đoán kỹ thuật này không những điều khiển hiệu quả hoạt động của từng máy đơn lẻ mà còn có khả năng nối mạng rất mạnh trong việc kết nối mạng sản xuất với hiệu quả, mức tin cậy cũng như độ bền rất cao. Kỹ thuật điều khiển logic khả trình phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính và từng bước phát triển tiếp cận theo nhu cầu phát triển của công nghiệp. Từ đó bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controllor) ra đời. Ta có thể tạm định nghĩa PCL là một máy tính công nghiệp có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình. Thay cho việc phải thể hiện thuật toán bằng mạch số. Với PLC toàn bộ thuật toán chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC, dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét gọi là Scan. 3.2.2. Tìm hiểu PLC Misubishi họ FX3U a) Họ PLC Mitsubishi FX3U Dòng FX3U là thế hệ thành công thứ ba của gia đình PLC Mitsubishi Electric cho thị trường quốc tế. Thiết kế nhỏ gọn, đặc biệt bộ điều khiển với tính năng mới thứ hai đó là "bộ chuyển đổi Bus" hệ thống, trong đó bổ sung cho hệ thống Bus hiện có được sử dụng để mở rộng chức năng đặc biệt và bổ sung phát triển module mạng lên mười lần để có thể kết nối được với bộ chuyển đổi Bus mới này. Các tăng cường hỗ trợ mạng cũng tăng thêm công suất I / O của mô hình chủ đạo mới, mà bây giờ có thể được mở rộng tối đa 384 I / O, bao gồm các kết nối mạng. Hình 3.1. Giao tiếp PLC Mitsubishi FX3U qua các cổng Ngoài ra, FX3U cũng hỗ trợ đầy đủ Profibus / DP cũng như Ethernet, sử dụng giao thức TCP và UDP, tốc độ cao 0.065μs theo lý thuyết, FX3U đi kèm với một bộ nhớ tiêu chuẩn 64k bước, nhiều hơn 8 lần so với bộ nhớ của FX2N. Thêm bộ nhớ có nghĩa là người dùng có thể viết rộng hơn và nhiều hơn nữa các chương trình phức tạp, lưu trữ nhiều dữ liệu hơn trong bộ nhớ chương trình, hoặc tận dụng lợi thế lớn của việc sử dụng công cụ lập trình IEC 61131-3 phong cách. - Thông số kỹ thuật của PLC Mitsubishi FX3U Đặc điểm kĩ thuật FX3U Cổng vào ra Tối đa 384 Chương trình bộ nhớ 64000 bước RAM Chương trình thực hiện Thực hiện theo chu kì Rơle nội bộ 7680 Rơle đặc biệt 512 Rơle chuyển tiếp 4096 Bộ thời gian 512 Bộ đếm 235 Các mức đếm Năm , tháng,tuần, ngày , giờ, giây Dữ liệu đăng kí 8000 Tập tin đăng kí 32768 Chỉ số đăng kí 16 Đăng kí đặc biệt 512 Số con trỏ 4096 Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của PLC Mitsubishi FX3U Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển PLC có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, một bộ nhớ để lưu giữ chương trình, dữ liệu và tất nhiên phải có cổng vào ra để giao tiếp với thiết bị điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài toán điều khiển số, PLC còn có thêm các khối chức năng đặc biệt như: Bộ đếm, bộ thời gian và những khối hàn chuyên dụng. Phần cứng của một bộ điều khiển khả trình PLC được cấu tạo thành những module cho thấy sơ đồ các modul phần cứng của một bộ PLC. Một bộ PLC thường có những Module sau: - Module nguồn (PS) - Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU) - Module bộ nhớ chương trình - Module đầu vào - Module đầu ra - Module phối ghép - Module chức năng phụ. Mỗi Module được ghép thành một đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để cắm và rút ra dễ dàng trên một Pannel cơ khí có dạng bảng hoặc hộp. Trên Panel có lắp các đường: - Đường ray nguồn để dẫn nguồn một chiều lấy từđầu Modul nguồn PS (thường là 24V) đến cung cấp cho các Module khác. - Bus liên lạc để trao đổi thông tin giữa các Module với thế giới bên ngoài. b) Lập trình cho PLC Mitsubishi - Định nghĩa chương trình Chương trình là một chuỗi các lệnh nối tiếp nhau được viết theo một ngôn ngữ mà PLC có thể hiểu được. Có ba dạng chương trình: Instruction, Ladder và SFC/STL. Không phải tất cả các công cụ lập trình đề có thể làm việc được cả ba dạng trên. Nói chung bộ lập trình cầm tay chỉ làm việc được với dạng Instruction trong khi hầu hết các công cụ lập trình đồ họa sẽ làm việc được ở cả dạng Instruction và Ladder. Các phần mềm chuyên dùng sẽ cho phép làm việc ở dạng SFC. Hình 3.2. Các dạng lập trình cơ bản cho PLC Mitsubishi - Các thiết bị cơ bản dùng trong lập trình Có 6 thiết bị lập trình cơ bản. Mỗi thiết bị có công dụng riêng. Để dể dàng xác định thì mỗi thiết bị được gán cho một kí tự: X: dùng để chỉ ngõ vào vât lý gắn trực tiếp vào PLC Y: dùng để chỉ ngõ ra nối trực tiếp từ PLC T: dùng để xác định thiết bị định thì có trong PLC C: dùng để xác định thiết bị đếm có trong PLC M và S: dùng như là các cờ hoạt động bên trong PLC Tất cả các thiết bị trên được gọi là “Thiết bị bit”, nghĩa là các thiết bị này có 2 trạng thái: ON hoặc OFF, 1 hoặc 0. Trong khuôn khổ của đồ án này, em xin được trình bày về 2 ngôn ngữ lập trình mà em đã sử dụng để lập trình cho PLC Mitsubishi FX3U đó là Ladder và SFC. 3.2.3. Ngôn ngữ lập trình Ladder (ngôn ngữ bậc thang) Là ngôn ngữ có dạng đồ họa cho phép nhập chương trình có dạng như một sơ đồ mạch điện logic, dùng các kí hiệu điện để biểu diễn các công tắc logic ngõ vào và rơle logic ngõ ra. Ngôn ngữ này gần với chúng ta hơn ngôn ngữ Instruction và được xem như là một ngôn ngữ cấp cao. Phần mềm lập trình sẽ biên dịch các kí hiệu logic trên thành mã máy và lưu vào bộ nhớ của PLC. Sau đó PLC sẽ thực hiện các tác vụ điều khiển theo logic thể hiện trong chương trình. LD X000 OUT Y000 Hình 3.3. Lệnh LD chỉ khi công tắc thường mở và đường bus trái (Ngõ ra Y000 đóng khi công tắc X000 đóng hay ngõ vào X000 = 1) 3.2.4. Ngôn ngữ lập trình SFC a, Điều khiển trình tự và ưu thế nổi bật của ngôn ngữ lập trình SFC Điều khiển trình tự là một mảng quan trọng và có vai trò không nhỏ trong điều khiển tự động. Có thể gặp rất nhiều ví dụ về điều khiển trình tự trong công nghiệp, trong dân dụng cũng như trong nhiều lĩnh vực khác. Các hệ thống trạm trộn, lò phản ứng, một dây chuyền sản xuất xi măng hay một máy giặt và cụ thể hơn là hệ thống trạm trộn bê tông được trình bày trong đồ án này là một ví dụ khá điển hình cho điều khiển trình tự. Đặc biệt trong công nghiệp, điều khiển trình tự thường giữ vai trò chính điều khiển các công đoạn, các quá trình theo trình tự trong một dây chuyền sản xuất. Kể từ sau sự xuất hiện của các PLC và các hệ DCS đầu tiên, các ngôn ngữ lập trình điều khiển như LAD, FBD, ILđã trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Đây là những ngôn ngữ lập trình điều khiển mạnh, được hỗ trợ rất hoàn chỉnh trong hầu hết các hệ thống PLC và DCS hiện nay. Tuy nhiên các ngôn ngữ này lại tỏ ra không phù hợp cho lập trình điều khiển trình tự bởi những lý do sau: - Khó hình dung, thiếu trực quan - Sử dụng các ngôn ngữ lập trình này sẽ gặp nhiều khó khăn, phức tạp - Dễ mắc lỗi, khó phát hiện và sửa lỗi - Kém linh hoạt, khó mở rộng Nguyên nhân cơ bản của các khó khăn trên là do bản chất của các ngôn ngữ lập trình này không phù hợp để mô tả các hệ thống hoạt động theo trình tự. Ngôn ngữ lập trình SFC tỏ ra rất thích hợp cho điều khiển trình tự. Ngôn ngữ SFC là sự cụ thể hóa của Grafcet, có tính đến các yếu tố kỹ thuật và chức năng điều khiển, đã được chuẩn hóa. Ngôn ngữ SFC đã được sử dụng trong một số hệ thống PLC và DCS hiện nay như các sản phẩm của Siemens, Emerson, Mitsubishi với những ưu điểm nổi trội sau: - Có sự tương ứng và giống với biểu đồ quá trình hoạt động của hệ thống - Dễ dàng chuyển từ sơ đồ công nghệ hay mô tả quá trình hoạt động của hệ thống sang SFC - Lập trình trực quan, đơn giản - Thuận lợi cho phân tích, tìm hiểu hệ thống - Hạn chế khả năng mắc lỗi. Dễ dàng tìm và phát hiện các lỗi nếu có - Linh hoạt, dễ dàng them, bớt hay sửa đổi quá trình hoạt động b, Các yếu tố cơ bản của ngôn ngữ lập trình SFC Các yếu tố cơ bản của SFC là bước (Step), chuyển tiếp (Transition) và hành động (Action). - Bước: diễn tả một trạng thái mà tại đó, ứng xử của hệ thống được xác định trước bởi các hành động gắn với bước đó. Một bước có thể tích cực hoặc không tích cực. Tại một thời điểm bất kỳ, trạng thái của hệ thống được xác định bởi tập hợp các bước tích cực và các giá trị biến nội tại và biến ra. Mỗi mạng SFC chỉ có chính xác duy nhất một bước bắt đầu (initial step), xác định trạng thái ban đầu của hệ thống. Một bước được thể hiện dạng đồ họa bằng một khối hình chữ nhật có một đầu vào và một đầu ra. Bước bắt đầu được biểu diễn bằng hình chữ nhật với đường bao là nét đôi. Step 2 Step 1 Bước thường Bước bắt đầu Hình 3.4. Bước trong lập trình SFC - Chuyển tiếp: thể hiện một điều kiện chuyển trạng thái của hệ thống, từ một hay nhiều bước phía trước xuống một hay nhiều bước phía sau. Mỗi chuyển tiếp được gắn với một điều kiện chuyển tiếp mà giá trị logic của nó sẽ điều khiển sự thực hiện của quá trình chuyển tiếp. Các bước phải được nối với nhau thông qua các chuyển tiếp. Có 3 loại chuyển tiếp được quy định trong chuẩn là: chuyển tiếp đơn giản, chuyển tiếp phân nhánh cạnh tranh, chuyển tiếp phân nhánh song song. Hình 3.5. Chuyển tiếp trong lập trình SFC - Hành động: là tập hợp các luật ứng xử cảu hệ thống được thực hiện khi bước mà nó gắn với được tích cực. Một hành động có thể đơn giản chỉ là một biến, cũng có thể là một đoạn chương trình viết bằng một trong các ngôn ngữ lập trình đã định nghĩa trong chuẩn. Các hành động không gắn trực tiếp với các bước mà gián tiếp thông qua các khối hành động. Một khối hành động chỉ gắn với một hành động duy nhất và một bước duy nhất. Mỗi khối hành động có một cờ xác định cách thức hoạt động của nó. Bảng dưới đây tóm tắt ý nghĩa của các cờ đã được quy định trong chuẩn. Cờ Ý nghĩa Cờ Ý nghĩa Trống Giống như N P Xung N Không lưu trữ SD Lưu trữ và trễ thời gian R Xoá DS Trễ thời gian và lưu trữ S Lưu trữ (đặt) SL Lưu trữ và giới hạn thời gian L Giới hạn về thời gian P1 Sườn lên D Trễ thời gian P0 Sườn xuống Bảng 3.2 – Ý nghĩa các cờ trong lập trình PLC - Luật chuyển tiếp: quá trình chuyển tiếp sẽ xảy ra khi tất cả các bước phía trước nó tích cực và điều kiện chuyển tiếp được thỏa mãn. Quá trình chuyển tiếp diễn ra theo trình tự sau: + Tất cả các bước ở phía trước chuyển tiếp và nối trực tiếp với chuyển tiếp đồng thời mất tích cực + Tất cả các bước ở phía sau chuyển tiếp và nối trực tiếp với chuyển tiếp đồng thời tích cực + Sau khi đã được tích cực đồng thời, các bước ở phía sau chuyển tiếp sẽ hoạt động độc lập với nhau. 3.3. Kỹ thuật lập trình điều khiển trình tự cho trạm trộn bê tông. Trong bài toán điều khiển trình tự, để thực hiện có hệ thống các công việc điều khiển và tránh tối đa thiếu sót, nhầm lẫn trong quá trình thực hiện, người cán bộ kỹ thuật cần thực hiện một số bước có tính chất kỹ thuật sau: 3.3.1. Bước 1: Xây dựng sơ đồ phối hợp thao tác công nghệ của hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông Đây là công việc có yêu cầu tương tự như khi bắt tay vào thiết kế một máy mới. Người thực hiện phải căn cứ vào yêu cầu hoạt động của hệ thống để từ đó hình dung và phân tích trình tự các bước thao tác thật chi tiết của từng khâu chấp hành hoặc từng bộ phận chấp hành của hệ thống cũng như sự phối hợp các hoạt động giữa chúng. Quá trình phân tích và phối hợp các thao tác thường được thực hiện dưới dạng một sơ đồ phối hợp. Sơ đồ được thực hiện dưới dạng các dải hình chữ nhật kế tiếp nhau. Mỗi dải tượng trưng cho diễn biến theo thời gian quá trình hoạt động cảu một khâu chấp hành hoặc một bộ phận chấp hành nhằm thực hiện một thao tác công nghệ điều khiển tự động quá trình trộn bê tông. Tên gọi thao tác / Thiết bị Thời gian thực hiện các thao tác tính bằng giây 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Định lượng đá/ cửa cấp liệu 1 à Định lượng cát/ cửa cấp liệu 2 à Định lượng xi măng/ cửa cấp liệu 3 à Định lượng nước/ Bơm nước hoạt động à Định lượng phụ gia/ Bơm phụ gia hoạt động à Chuyển cốt liệu đá cát ximăng à Trộn khô / Động cơ quay à Xả nước à Xả phụ gia à Trộn ướt à Đèn báo hiệu à Xả bê tông à Bảng 3.3. Diễn biến quá trình hoạt động trình tự của trạm trộn bê tông tự động Sơ đồ phối hợp các thao tác công nghệ cho phép người thiết kế hình dung toàn bộ quá trình hoạt động của hệ thống thiết bị bao gồm trình tự các thao tác và thời điểm bắt đầu cũng như kết thúc thực hiện của từng thao tác. 3.3.2. Bước 2: Lập sơ đồ khối điều khiển trình tự Căn cứ vào sự phối hợp các hoạt động hoặc các thao tác của các bộ phận chấp hành, người cán bộ kỹ thuật sẽ lập sơ đồ khối điều khiển trình tự dạng sơ đồ chức năng (function-chart). Công việc này là một bước tiếp cận hơn nữa của quá trình điều khiển hệ thống. 3.3.3. Bước 3: Chuẩn bị phần cứng và đặc tả tham số vào/ra Công việc lựa chọn các cơ cấu tác động chấp hành như lựa chọn động cơ,van điều khiển, xilanh khí nén,có liên quan mật thiết đến quá trình điều khiển đã tổng hợp. Người thiết kế phải lựa chọn kỹ để tìm kiếm các cơ cấu tác động phù hợp nhất và mô tả đầy đủ các thông số kỹ thuật cảu cơ cấu tác động. Các tín hiệu có liên quan mật thiết với các tiếp điểm ngõ ra của PLC. Tương tự, các tín hiệu từ các cảm biến phản ánh trạng thái cơ cấu tác động, được đưa đến các ngõ vào PLC. Thông qua việc lựa chọn và đặc tả các tham số vào/ra này, người thiết kế sẽ cung cấp các số liệu cần thiết cho việc thiết kế mạch giao tiếp giữa PLC với mạch công suất của cơ cấu lao động, xác định ngõ vào/ra để lựa chọn PLC thích hợp. 3.3.4. Bước 4: Lập trình Với đầy đủ dữ liệu được cung cấp từ các bước thực hiện trên, công việc tiếp theo của người lập trình là soạn thảo chương trình điều khiển cho PLC để thực hiện việc điều khiển hệ thống trạm trộn bê tông đúng như đã thiết kế. Tùy theo khả năng quen sử dụng loại ngôn ngữ lập trình trên PLC nào mà người lập trình sẽ chọn lựa ngôn ngữ đó để soạn thảo chương trình. Trong khuôn khổ bản đồ án này, em xin được dùng ngôn ngữ LADDER và SFC làm ngôn ngữ lập trình chính cho PLC. 3.3.5. Bước 5: Chạy thử và hoàn chỉnh chương trình. Đây là công việc hết sức tự nhiên phải thực hiện sau khi lập trình. Việc chạy thử chương trình được thực hiện trong hai chế độ: a, Chế độ giả lập (chế độ offline): cho chạy chương trình và theo dõi đáp ứng của các ngõ ra thông số thông qua đèn Led. Đèn Led ở ngõ ra cụ thể sẽ hiển thị cho tín hiệu xuất ở ngõ ra cho cơ cấu tác động và đáp ứng chúng. b, Chế độ thực (chế độ online): sau khi chạy thử và điều chỉnh chương trình trong giả lập hoàn hảo ta tiến hành chuyển chế độ hoạt động trên PLC và nối mạch giao tiếp với mạch công suất để điều khiển hệ thống trong chế độ thực. Trong chế độ này với các đáp ứng thực của các cơ cấu tác động khi không tải và khi có tải sẽ giúp cho người lập trình hiệu chỉnh chương trình lần cuối trước khi đưa vào vận hành thực sự trong sản xu Chương 4 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Sơ đồ công nghệ Bể chứa nước Phễu đựng cát Phễu đựng đá Thùng cân cát Thùng cân đá MÁY TRỘN Thùng cân nước Xi lô xi măng Thùng can xi măng Bể chứa phụ gia Thùng cân phụ gia XE CHUYÊN CHỞ BÊ TÔNG Băng tải Băng tải Vít tải Van Van Van Hình 4.1 Mô hình công nghệ trộn bê tông 4.2. Thiết kế điều khiển dùng phương pháp Grapcet 4.2.1. Xây dựng Gapcet I 4.2.2. Xây dựng Gapcet II 4.2.3. Hàm điều khiển Y0 = ( g+ X15.Y17 + Y0 ).Y1.Y2.Y3.Y4.Y5 Y1 = ( X0.Y0 + X14.Y17 + Y1 ).Y6 Y2 = ( X0.Y0 + X14.Y17 + Y2 ).Y7 Y3 = ( X0.Y0 + X14.Y17 + Y3 ).Y10 Y4 = ( X0.Y0 + X14.Y17 + Y4 ).Y11 Y5 = ( X0.Y0 + X14.Y17 + Y5 ).Y12 Y6 = ( X1.Y1 + Y6 ).Y13 Y7 = ( X2.Y2 + Y7 ).Y13 Y10 = ( X3.Y3 + Y10 ).Y13 Y11 = ( X4.Y4 + Y11 ).Y14 Y12 = ( X5.Y5 + Y12 ).Y14 Y13 = ( X6.Y6.Y7.Y10 + Y13 ). Y14 Y14 = ( X10.Y13.X7.Y11.Y12 + Y14 ).Y15 Y15 = ( X11.Y14 + Y15 ).Y16 Y16 = ( X12.Y15 + Y16 ).Y17 Y17 = ( X13.Y16 + Y17 ).( Y0.( Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5)) 4.2.4 Sơ đồ rơle tiếp điểm 4.3. Thiết kế điều khiển dùng PLC 4.3.1 Chương trình Ladder a) Phân cổng vào ra : I/O Bảng 4.1. Phân cổng vào ra cho PLC stt Đầu vào Đầu ra 1 X000: Khởi động Y000: Làm việc 2 X001: Dừng Y001: Van xả xi 3 X002: Cấp xi măng Y002: Van xả cát 4 X003: Cấp cát Y003: Van xả đá 5 X004: Cấp đá Y004: Van xả phụ gia 6 X005: Bơm nước Y005: Van xả nước 7 X006: Bơm phụ gia Y006: Trộn khô 8 X007 Van xả cốt liệu Y007: Trộn ướt 9 Y010: Còi báo 10 Y011: Xả bê tông 11 Y12 : Đếm mẻ b) nguyên lý làm việc Ấn nút khởi động các van cấp nước, phụ gia, cát, đá, xi măng hoạt động. Các cảm biến cân đặt dưới các khoang làm nhiệm vụ cân đủ trọng lượng quy định cho từng khoang. Sau khi các khoang nước, phụ gia, cát, đá, xi măng được nạp đủ máy ép sẽ đưa các nguyên liệu gồm cát , đá , xi măng xuống bồn trộn để trộn khô. Quá trình trộn khô được thự hiện trong 30 giây. Quá trình trộn khô kết thúc , máy ép nhánh nước và phụ gia hoạt động đưa nước và phụ gia vào bồn trôn trong để thực hiện quá trình trộn ướt. Quá trình trộn ướt hoạt động trong 30 giây. Kết thúc quá trình trộn ướt à còi bào hiệu hoạt động để báo hiệu trộn xong chuẩn bị cho công đoạn mở cửa xả bê tông trong 10 giây và tiếp tục cho lần trộn mới. Bộ đếm số mẻ hoạt động đếm đủ số lần quy định 3 lần xả bê tông . Kết thúc quá trình đếm đủ số mẻ à reset bộ đếm và kết thúc quá trình trộn bê tông. 4.3.2 Lựa chọn PLC cho mô hình thiết kế điều khiển trạm trộn bê tông Căn cứ vào số đầu vào/đầu ra, dựa trên những đặc điểm của hệ thống trạm trộn bê tông được trình bày trong đồ án, em lựa chọn PLC Mitsubishi FX3U 32MR/ES-A có thể đáp ứng được các yên cầu của hệ thống điều khiển và đảm bảo tính kinh tế với giá thành hợp lý. Hình 4.2. PLC FX3U-32MR-ES-A Thông số kỹ thuật Số ngõ vào số: 16 Số ngõ ra số: 16, Relay Nguồn cung cấp: 24 VDC. Công suất tiêu thụ: 30 W Bộ nhớ chương trình: 64.000 Steps Đồng hồ thời gian thực. Bộ đếm: 235 Timer: 512 Truyền thông RS232C, RS 485. Kích cỡ (W x H x D): 150 x 90 x 86. Trong quá trình thiết kế và chạy chương trình , PLC PLC FX3U-32MR-ES - A đã đáp ứng được yêu cầu của công nghệ trạm trộn bê tông . c) Chương trình Ladder Hình 4.3. Chương trình lập trình dạng LADDER 4.4. Lập trình bằng ngôn ngữ SFC 4.3.1 Main SFC Hình 4.4. Chương trình SFC (main) 4.3.2. Chương trình SFC KẾT LUẬN Qua mười tuần nghiên cứu tài liệu và tìm hiểu cũng như khảo sát và thiết kế điều khiển mô hình trạm trộn bê tông , em nhận thấy mình đã thu được nhiều kiến thức , kết quả về năng lực của mình . Em đã tìm hiểu tài liệu về PLC , về các ngôn ngữ lập trình cho PLC và sử dụng áp dụng cho đề tài tốt nghiệp ” Xây dựng chương trình điều khiển trạm trộn bê tông dùng PLC Misubishi”. Qua đó nhóm chúng em đã thu được những kết quả như sau: - Đã tìm hiểu và nắm vững những khái niệm về công nghệ trộn bê tông. - Đã hiểu rõ về những yêu cầu điều khiển công nghệ trạm trộn bê tông. - Hiểu được cách sử dụng, chọn PLC Mitsubishi FX3U và sử dụng thành thạo phần mềm GX Developer lập trình cho PLC đặc biệt là sử dụng ngôn ngữ lập trình SFC. - Thiết kế chương trình điều khiển chạy thử nghiệm thành công. Trong quá trình nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em đã được thầy giáo TS. XXXXXXXX chỉ dẫn, giảng giải tận tình và tỉ mỉ về những kiến thức và kinh nghiệm làm việc thực tế. Em xin chân thành cảm ơn . Hà Nội, ngày 22 tháng 6 năm 2011 Sinh viên thực hiện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Tất Thắng, Bài giảng môn Tự động hóa công nghiệp với PLC, Nhà Xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2010. [2] Nguyễn Văn Khang, Bộ điều khiển lôgic khả trình PLC và ứng dụng, Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội , 2009. [3] Nguyễn Trọng Thuần ,Điều khiển logic và ứng dụng, Nhà xuất bản KHKT Hà Nội, 2000. [4]  Tăng Văn Mùi, Nguyễn Tiến Dũng, Điều khiển logic lập trình PLC, Nhà xuất bản thống kê, 2003.