(LUẬN văn THẠC sĩ) NGHIÊN cứu THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN PHÂN tán CHO dây CHUYỀN PHỐI LIỆU

Tổng quan về hệ đ ề i u khiển dây chuyền phối liệu

Tổng quan về dây chuyền phối liệu

I.1.1 Khái niệm về dây chuyền phối liệu

Dây chuyền phối liệu là hệ thống cung cấp nguyên liệu theo tỉ lệ công nghệ, đảm bảo khối lượng lớn cho các ngành công nghiệp Nó được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy xi măng, luyện thép, sản xuất bê tông thương phẩm và thức ăn gia súc.

Ví dụ ề ộ v m t dây chuyền phối liệu dùng trong các nhà máy xi măng được thể hiện theo hình dưới đây:

Dây chuyền phối liệu trong nhà máy xi măng bao gồm các phễu chứa nguyên liệu, cung cấp cho các băng tải thành phần Nhiệm vụ của các băng tải này là cung cấp nguyên liệu với lưu lượng đã được đặt trước cho băng tải tổng Băng tải tổng sẽ vận chuyển các nguyên liệu thành phần theo tỉ lệ tương ứng đến máy trộn.

Băng tải là thành phần chính trong hệ thống vận chuyển nguyên vật liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển với số lượng lớn một cách kinh tế và hiệu quả Bài viết dưới đây sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu tạo và tính năng của băng tải, giúp bạn hiểu rõ hơn về hệ thống này.

• S ơ đồ nguyên lý chung của bă ng tải

Hình I.2: Sơ đồ c u taọ ăấ b ng tải nguyên liệu thành phần Trên hình vẽ:

2 - Cảm biến trọng lượng (Load Cell)

8 - Cảm biến tốc độ (Encoder)

9 - Hệ động cơ và biến tần

• Các phương pháp bố trí truy n ngề độ

Băng tải được truyền động theo nhiều cách như sau: a Truyền động đơn : góc ôm bánh đai θ0 0

Hình I.3: Băng tải truyền động n đơ b Truyền động đơn với bánh đai (tang) phụ: bánh đai phụ được dùng để t ng giá tr ă ị góc ôm bánh đai θ 0 0 -240 0

Băng tải truyền động đơn sử dụng bánh đai phụ, cho phép truyền động đồng thời bằng hai bánh, nhưng chỉ có một bánh đai để thực hiện quá trình truyền động trong khoảng từ 0 đến 240 độ.

Băng tải truyền động đơn kiểu đồng thời sử dụng hai bánh đà đặt cạnh nhau để truyền động quay một trục Trục còn lại được dẫn động thông qua hộp số, xích hoặc cu roa V với góc nghiêng từ 60° đến 420°.

Hình I.6: Băng tải truyền động đồng thời e Truyền động kép: Dùng hai bánh đai truyền động v i 2 động cơ truyền động ớ riêng

Băng tải truyền động kép là một hệ thống băng tải được thiết kế để hoạt động với nhiều động cơ riêng biệt, cho phép truyền động tại nhiều điểm dọc theo chiều dài của băng tải Việc sử dụng nhiều bánh đai giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng vận chuyển hàng hóa.

Trong các phương pháp bố trí truyền động, băng tải trong dây chuyền phân phối liệu chủ yếu sử dụng loại truyền động đơn Đối với các băng tải có khoảng cách vận chuyển lớn, đa truyền động được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất vận hành.

• Các hệ ố th ng gi b ng ữ ă

Băng được giữ bởi hệ thống giữ băng với các kiểu sau a Kiểu vít

Hình I.9:Hệ thống giữ ă b ng kiểu vít b Kiểu trọng lực theo phương thẳng đứng

Hình I.10: Hệ thống giữ ă b ng kiểu trọng lực theo phương thẳng đứng c Ki u trể ọng lực theo phương nằm ngang

Hình I.11: Hệ thống giữ ă b ng kiểu trọng lực theo phương nằm ngang d Kiểu hệ thống có động cơ

Hình I.12: Hệ thống giữ ă b ng ki u h th ng có động c ể ệ ố ơ SPC: Bộ đ ề i u khiển tốc độ

TD : Bộ ả c m biến sứ đ ệc i n động

Các băng tải được dùng trong dây chuyền phối liệu chủ yếu dùng h th ng ệ ố giữ băng kiểu vít

• Các thông số ỹ k thu t chính của băng tải ậ

Bảng dưới đây trình bày các thông số chính của băng tải Đối với mỗi loại băng tải cụ thể, cần bổ sung một số thông tin chi tiết khác Thông số chung của băng tải là yếu tố quan trọng cần lưu ý.

- Góc dốc lên lớn nhất ( 0 )

- Góc dốc xuống nhỏ nhất ( 0 )

- Vận tốc băng (m/phút) b Thông số truyền động:

- Vị trí của bánh đai

- Số bánh đai truyền động

- Loại động cơ và công suất

- Kiểu khởi động ng cơ độ c Con lăn tải:

- Khoảng cách giữa các con lăn

- Đường kính của các con lăn d Con lăn hồi băng:

- Khoảng cách giữa các con lăn

- Đường kính các con lăn e Đường kính của bánh đai:

- Đường kính trong f Hệ thống giữ ă b ng

- Phạm vi dịch chuyển g Cách nối băng:

- Đai n i ố h Vật liệu vận chuyển

- Khối lượng lớn nhất trên băng

- Kích thước c c lụ ớn nhất

- Đặc tính bào mòn i Thông số ạ n p liệu

- Vị trí đ ểi m nạp liệu

- Góc dốc c a bủ ăng tại vị trí nạp liệu

- Khoảng cách t áy phễừ đ u n p li u t i băng ạ ệ ớ

• Kích thước của v t li u và chi u rậ ệ ề ộ ng tối thiểu của băng

Chiều rộng của băng phễu phụ thuộc vào kích thước của vật liệu và khả năng di chuyển của băng Điều này có nghĩa là kích thước cụ thể của vật liệu càng lớn thì băng càng phải rộng hơn Bảng dưới đây cung cấp chiều rộng tối thiểu của băng với một số kích thước cụ thể của vật liệu Cột A chỉ ra kích thước cụ thể của vật liệu có cùng kích cỡ, trong khi cột B cho biết kích thước cụ lớn nhất của vật liệu (kích cỡ cụ không đồng đều) với điều kiện là cụ lớn nhất chiếm không quá 10%.

Khi vận chuyển vật liệu theo chiều lên hoặc xuống, việc sử dụng băng tải dốc là cần thiết Độ dốc của băng tải phụ thuộc vào đặc tính và hình dạng của vật liệu Chẳng hạn, băng tải với độ dốc lớn thích hợp cho việc vận chuyển các vật liệu dạng hạt mịn, trong khi đó, với các vật liệu không ổn định như than hay đá, cần sử dụng băng tải có độ dốc nhỏ hơn để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Chiều rộng tối thiểu của băng (mm)

Bảng I.1 trình bày kích thước vật liệu và chiều rộng tối thiểu của băng tải, cùng với độ nghiêng dốc tối đa của băng tải tương ứng với các loại vật liệu có đặc tính và hình dáng khác nhau.

Vật liệu Kích cỡ ụ c c Độ dố ớc l n nh t ấ cho phép ( 0 )

50mm 24 trên 100mm 15 từ 10-100mm 16-18 Đá dưới 10mm 20 trên 100mm 18

Quặng dưới 100mm 20 trên 100mm 18 Đá vôi dưới 100mm 20

Lưu huỳnh cám 23 trên 100mm 15 dưới100mm 25

Quặng Phân lân cám 30 đều 12 không đều 15

Sỏi không đều 18 khô 15 ướt 20

Cát đúc(được nung ch y) ả 24 khô 20 Đất ướt 22 vỏ 27

Bảng I.2: Độ nghiêng dốc nhất của băng tải tương ứng với các loại vật liệu

Cần chú ý nh ng i m sau: ữ đ ể

- Khi cần lắp thêm cân vào băng t i thì độ d c c a băng tải cần phải nhỏ hơn ả ố ủ

- Khi đ ềi u ki n địệ a hình không cho phép t được độ dốđạ c yêu c u thì c n ầ ầ phải dùng băng có độ nhám, có khía…

- Góc dố ởc bảng trên áp d ng cho trường h p m t b ng được gi sạụ ợ ặ ă ữ ch N u ế mặt băng ướt hay bẩn thì góc dốc cần phải giảm thêm 2-5 0

Tốc độ của b ng t i ph thu c không chỉă ả ụ ộ vào kh năả ng v n chuy n c a b ng ậ ể ủ ă mà còn phụ thuộc vào chiều rộng băng và đặc tính của vật liệu

Sử dụng băng tải có chiều rộng lớn và vận hành ở tốc độ cao là giải pháp kinh tế hiệu quả Tuy nhiên, việc điều khiển băng tải với tốc độ cao sẽ dễ dàng hơn khi băng tải có chiều rộng lớn.

Hệ thố ng i u khiển dây chuyền phối liệu………………………………… -14- đ ề 1 Tổng quan về hệ đ ề i u khi n dây chuy n ph i li u…………………… -14- ểềố ệ 2 Cơ ấ c u chấp hành

I.2.1 Tổng quan về ệ ố h th ng i u khiển dây chuyền phối liệu đ ề

Bài toán lý thuyết về việc điều khiển dây chuyền cấp liệu được đặt ra với yêu cầu tốc độ cấp liệu phải tăng theo thời gian và tỉ lệ ổn định của các nguyên liệu thành phần không vượt quá sai số cho phép ε Sai số ε này phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ sản xuất, trong đó các nhà máy xi măng lò quay hiện đại cho phép sai số ε = 0.5%, trong khi các nhà máy xi măng lò đứng có sai số từ 1-2%.

A Hạt và các vật liệu trôi

B Các vật liệu có độ nhám vừa phải:

Cá vật liệu có độ nhám cao: Đá, qu ng ặ cứng…

Bảng I.3: Tốc độ lớn nhất của băng tương ứng với loại vật liệu vận chuyển và chiều rộng băng

Hệ ố th ng i u khi n dây chuy n ph i li u th c hi n các ch c n ng sau: đ ề ể ề ố ệ ự ệ ứ ă a Nhập số liệu

- Khối lượng cấp liệu tổng theo đơn vị thời gian (kg/phút)

- Khối tỉ ệ l các nguyên liệu thành phần

- Khả ă n ng cấp liệu trung bình của các phễu cấp liệu cho các băng t i nguyên ả liệu thành phần b Tính toán

- Tốc độ ho t động cho băng tải tổng ạ

- Tốc độ lúc cho thời gian bắt đầu hoạt động của các băng tải nguyên liệu thành phần c Đo lường

- Tốc độ c a từng băng tải ủ

- Khối lượng nguyên liệu trên từng b ng tă ải

- Tổng lượng cấp liệu của các từng băng tải d Đ ềi u khiển

- Tốc độ b ng tải tổng không đổi bằng giá trị tính ă

Tốc độ của các băng tải cấp liệu cần được điều chỉnh để đảm bảo rằng tốc độ cấp liệu (kg/phút) không vượt quá sai số cho phép ε Việc giám sát hoạt động của hệ thống là rất quan trọng để duy trì hiệu suất và độ chính xác trong quá trình cấp liệu.

- Hiển thị tình trạng hoạt động các cân băng

- Kích hoạt các mức cảnh báo hệ thống f Xử lý dữ liệu:

Trên phương diện thiết kế ệ h thống hệ thống đ ềi u khiển dây chuyền phối liệu được chia thành khối sau:

Hệ thống điều khiển bao gồm khối cơ cấu chấp hành, trong đó động cơ của băng tải là thành phần chính chịu trách nhiệm truyền tải vật liệu.

Khối đo lường: trong dây chuyền phối liệu là đo trọng lượng vật liệu trên băng tải và đo tốc độ c a b ng t i ủ ă ả

Khối đ ềi u khiển: đ ềi u khiển băng tải cấp liệu thành phần và đ ềi u khiển băng tải cấp liệu tổng

Giao diện người máy đóng vai trò quan trọng trong việc giao tiếp giữa người vận hành và hệ thống thiết bị, nhằm đảm bảo hoạt động và điều khiển an toàn, hiệu quả Mục tiêu chính của giao diện này là hỗ trợ người dùng trong việc nhập số liệu, thực hiện tính toán, giám sát hệ thống và xử lý dữ liệu một cách tối ưu.

Khi tích hợp thiết bị cho hệ thống điều khiển dây chuyền đề phối liệu, có hai xu hướng lựa chọn: hệ thống điều khiển trung tâm và hệ thống điều khiển phân tán Hệ thống điều khiển trung tâm sử dụng một bộ điều khiển duy nhất để quản lý tất cả các cơ cấu chấp hành liên quan đến băng tải nguyên liệu thành phần và băng tải tổng Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển trung tâm được minh họa trong hình dưới đây.

Hệ thống điều khiển trung tâm đối với hệ thống điều khiển phân tán yêu cầu mỗi băng tải phải có hệ thống điều khiển riêng biệt Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển phân tán được thể hiện rõ trong hình minh họa.

Hình I.15: Hệ đ ề i u khiển phân tán không có bộ ế k t nối

Hình I.16: Hệ đ ề i u khiển phân tán có bộ ế k t nối

So sánh ưu nhược đ ểi m c a hai hệ ốủ th ng i u khi n được cho trong b ng : đ ề ể ả

Chỉ tiêu đánh giá Hệ thống đ ềi u khiển trung tâm

Hệ thống đ ều khiển phân tán i

Không cao do một bộ đ ề i u khi n ể phải đảm nhiệm chức năng đ ều khiển cho i tất cả các băng t i ả

Cao độ của một bộ điều khiển chỉ đảm nhận việc điều khiển cho một băng tải, giúp tách biệt các hệ điều khiển để giảm thiểu ảnh hưởng nhiễu trên đường truyền tín hiệu Tuy nhiên, độ tin cậy thấp của hệ thống có thể dẫn đến việc khi bộ điều khiển hỏng, toàn bộ dây chuyền phải dừng hoạt động.

Khi bộ điều khiển hỏng, chỉ ảnh hưởng đến hoạt động của bảng tải đó Việc phòng tránh sự cố này có thể thực hiện dễ dàng và với chi phí thấp.

Lắp đặt, chỉnh định, nâng cấp Khó Dễ dàng

Vận hành, khắc phục sự cố, bảo dưỡng Khó Dễ dàng

Hệ thống điều khiển phân tán có nhiều ưu điểm vượt trội so với hệ thống điều khiển trung tâm, nhưng cả hai hệ thống này đều sử dụng các thiết bị tương tự để thực hiện chức năng điều khiển Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân tích chi tiết các khía cạnh của từng hệ thống để hiểu rõ hơn về những lợi ích và hạn chế của chúng.

I.2.2 Cơ cấu chấp hành Đối với dây chuyền phối liệu hệ thống cơ cấu ch p hành c a h th ng chính ấ ủ ệ ố là các động cơ của b ng t i Nh trong ph n I.2, m i b ng t i thường ch có m t ă ả ư ầ ỗ ă ả ỉ ộ động cơ ẫ d n ng Công suấ ủđộ t c a động c b ng t i được tính toán d a trên l c c ng ơ ă ả ự ự ă của băng, hệ số ma sát, góc quấn của b ng quanh puley Chi ti t v cách th c tính ă ế ề ứ toán và công thức có thể được tham khảo trong tài liệu…

Động cơ băng tải thường là loại không đồng bộ do yêu cầu truyền động không cao Trong ứng dụng dây chuyền phối liệu, công suất của động cơ băng tải thường dao động từ 0,75 đến 10kW.

Các tài liệu có thể cung cấp cho chúng ta đầy đủ chi tiết về nguyên lý ho t ạ động, thiế ết k ch t o và ng d ng củế ạ ứ ụ a động c không ông b ơ đ ộ

Phầ đn o lường c a h th ng i u khi n dây chuy n ph i li u g m: ủ ệ ố đ ề ể ề ố ệ ồ

-Đo tr ng lượng v t li u trên b ng t i ọ ậ ệ ă ả -Đ ốo t c độ b ng t i ă ả

Sơ đồ b trí thiế ị đố t b o đối với một băng tải:

Băng tải có thể được thiết kế với một hoặc nhiều cảm biến lực kéo (LC) và được trang bị cảm biến tốc độ, như thể hiện trong sơ đồ bố trí.

Các cảm biến trọng lượng đo khối lượng vật liệu trên băng tải các cảm biến tốc độ, đo tốc độ băng tải

• Đo tr ng lượng v t li u trên b ng t i ọ ậ ệ ă ả a Các loại cảm biế đn o tr ng lọ ượng

Cảm bi n tr ng lượng đượế ọ c dùng o tr ng lượng c a mộ ậđể đ ọ ủ t v t C m bi n ả ế trọng lượng được phân lo i d a trên nguyên lý ho t động c a nó g m : ạ ự ạ ủ ồ

-Cảm biến trọng lượng kiể ừ u t

-Cảm biến trọng lượng kiểu dây rung

Cảm biến trọng lượng kiểu biến trở có đầu ra dòng điện 0-20mA, tỷ lệ tuyến tính với trọng lượng tác động lên cảm biến Đối với băng tải, cảm biến trọng lượng chủ yếu là biến trở có cấu trúc đặc biệt Việc tính toán trọng lượng tác động lên cảm biến trọng lượng là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo lường.

Trọng lượng tác động lên cảm biến trọng lượng P M (kg) được cho bởi công thức sau:

P = + + vớiP N là trọng l ng cượ ủa vật liệu trên băng, P B là trọng lượng của băng, P D là trọng l ng cượ ủa con lăn

Các thông số có liên quan đến việc tính trọng lượng của vật liệu trên băng

M : Tốc độ cấp liệu c a b ng ủ ă t n/gi ấ ờ

V : Tốc độ của b ng ă mét/giây a, b, c : Khoảng cách giữ các con lăn mét

Có nhiều cách bố trí cảm biến trọng lực tương ứng với các công thức tính toán khác nhau: a Một con lăn

Hình I.18: Một con lăn trên một cầu cân b Nhiều con lăn trên một cầu cân

Hình I.19: Nhiều con lăn trên một cầu cân c Nhiều con lăn trên một cầu cân hai thanh đòn

Hình I.20: Nhiều con lăn trên một cầu cân hai thanh đòn với q (kg/m) là trọng lượng vật liệu trên 1 đơn vị dài của băng tương ứng hình I.20

Saisố ủ c a phép đo trọng lượng vật liệu trên băng gồm có :

-Sai số của c m bi n o tr ng l c, sai s này ph thu c vào c p chính ả ế đ ọ ự ố ụ ộ ấ xác của cảm biến

Sai số trong quá trình lắp đặt con lăn có thể xảy ra nếu chúng không được đặt đúng vị trí, dẫn đến sai lệch trong phép đo Do đó, việc điều chỉnh và lắp đặt con lăn theo đúng quy cách quy định là rất cần thiết để đảm bảo tính chính xác trong quá trình vận hành.

• Đ ốo t c độ b ng tải ă a Tốc độ c a băng có thể được tiến hành theo những cách sau : ủ

Sử dụng tachomet để đo điện áp một chiều tỷ lệ thuận với vận tốc của băng hoặc nguồn xung có tần số tỷ lệ thuận với tốc độ của băng.

Phân tích các hệ thống đ ề i u khiển dây chuyền phối liệu

Hệ thống dựa trên PLC

II.3.1 Cấu hình hệ ố th ng

Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) là một trong những thiết bị điều khiển phổ biến nhất trong ngành công nghiệp Cấu tạo chính của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) và các module vào ra, có nhiệm vụ thu thập tín hiệu và điều khiển Các module vào ra có thể là module vào số, ra số, vào tương tự, ra tương tự, hoặc tích hợp các chức năng vào/ra để đáp ứng các tiêu chuẩn tín hiệu trong công nghiệp Nhiều nhà sản xuất PLC còn cung cấp các module chuyên dụng cho các ứng dụng như PID, điều khiển nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, và điều khiển chuyển động Ngoài ra, một số PLC còn tích hợp sẵn CPU và module vào ra, phục vụ cho việc đo lường và giám sát trong các ứng dụng quy mô nhỏ.

- Phần tính toán thực hiện thuật toán đ ềi u khiển do PLC thực hiện

Máy tính thực hiện vai trò giao diện tương tác với người sử dụng thông qua phần mềm Các phần mềm giao diện người máy phổ biến như WinCC và Citect, hoặc được phát triển qua các trình biên dịch như Visual Basic và C#.

- Hệ thống có thể được thiết kế theo kiểu hệ thống i u khiển tập trung hay đ ề hệ thống đ ều khiển phân tán i

Truyền tin giữa thiết bị đo và PLC sử dụng tín hiệu tương tự và xung, trong khi máy tính và PLC giao tiếp thông qua các chuẩn truyền tin công nghiệp Hệ thống dựa trên PLC cho phép cấu hình hệ thống hoạt động linh hoạt, bao gồm cả thiết kế hệ điều khiển tập trung và phân tán Cấu hình thiết kế hệ điều khiển cho dây chuyền sản xuất được minh họa trong hình dưới đây, cho thấy sự cân bằng và hiệu quả trong quá trình điều khiển.

Hình II.4: Hệ thống i u khiển trung tâm với các module vào ra tương tự và số đ ề

II.3.2 Ví dụ ề v thi t bị ế

PLC được sản xuất theo các tiêu chuẩn công nghiệp của các hãng lớn như Siemens, GE, Rockwell, Mitsubishi, Omron và Toshiba Tại Việt Nam, PLC của Siemens là sản phẩm được sử dụng phổ biến nhất và sẽ được giới thiệu làm ví dụ minh họa.

Hình II.5: Hệ thống i u khiển phân tán với các PLC cỡ nhỏ đ ề

• Hệ thống đ ều khiển tập trung i

Tên thiế ịt b Số lượng Ch c n ng ứ ă

6ES7 315-2AG10-0AB0 1 CPU 315-2 DP, 128 KB RAM,

24 VDC, MPI, PROFIBUS DP 6ES7 331-1KF01-0AB0 1 Vào tương tự 8 kênh, độ phân giải 13 bít 6ES7 332-5HF00-0AB0 1 Ra tương tự 8 kênh

6ES7 321-1BH02-0AA0 1 Vào số 16 kênh, 24 VDC

6ES7 322-1BH01-0AA0 1 Ra số 16 kênh, 24 V DC, 0.5A

6ES7 350-2AH00-0AE0 1 Đếm tốc độ cao 8 kênh, tần số xung tối đa 20Khz Bảng II.3: Thiết bị cho hệ thống i u khiển dây chuyền phối liệu trên hình II.4 đ ề

• H iệ đ ều khiển phân tán

Mã hiệu và tính năng thiết bị cho hệ thống đ ềi u khiển dây chuyền phối liệu trên hình II.5 :

Tên thiết bị Số lượng Ch c n ng ứ ă

CPU 6ES7 214-1AD23-XB0 6 CPU 224 có thể mở rộng, 14 d u ầ vào số, 10 đầu ra số 6ES7 235-0KD22-0XA0 6 Vào/ra tương tự 4 đầu vào, 1 dàu ra, độ phân dải 12 bít

Bảng II.4: Thiết bị cho hệ thống i u khiển dây chuyền phối liệu trên hình II.5 đ ề II.3.3 Ưu nhược đ ểi m và phạm vi ứng dụng của hệ thống

- Tính năng v n hành tậ ốt do được thiết kế theo các chuẩn công nghiệp

- Vận hành bảo trì bảo dưỡng đơn giản

- Kết nối giao diện với các thiế ị khác dễ dàng theo chuẩn công nghiệp t b

- Phần giao diện với người dùng tiện lợi và tin c y khi được lập trình với các ậ phần mềm HMI công nhiệp như WinCC, Citect…

- Giá thành cao hơn nhi u so v i h th ng được xây d ng trên card tín hi u ề ớ ệ ố ự ệ PLC

Hệ thống điều khiển tập trung và phân tán đều có những ưu điểm riêng Hệ thống phân tán giúp giảm thiểu sai số do truyền tín hiệu và các vấn đề phát sinh liên quan đến cáp tín hiệu, đồng thời giảm chi phí mua sắm và lắp đặt cáp Ngoài ra, hệ thống này còn hạn chế thời gian dừng hoạt động nhờ vào khả năng có phương án dự phòng cho thiết bị, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động.

Hệ thống điều khiển tập trung dựa trên PLC gặp khó khăn trong việc đạt độ chính xác cao do tín hiệu truyền đi xa Ngoài ra, hệ thống này cũng không thể đáp ứng yêu cầu xử lý thời gian thực khi tốc độ băng tải lớn, vì CPU phải xử lý đồng thời nhiều bài toán điều khiển cho tất cả các cân băng tải.

Hệ thống điều khiển phân tán dựa trên PLC có khả năng khắc phục nhược điểm của hệ thống phân tán truyền thống Tuy nhiên, khả năng tính toán và xử lý dữ liệu của hệ thống này vẫn còn hạn chế, dẫn đến độ chính xác chưa cao và phạm vi ứng dụng không thể so sánh với hệ thống điều khiển tập trung.

Cả hai hệ thống tập trung và phân tán đều được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu chất lượng phối liệu không cao, chẳng hạn như trong sản xuất xi măng lò đứng.

II.4 Hệ ố th ng i u khi n dđ ề ể ựa trên cân băng thương phẩm

II.4.1 Cấu hình chung của hệ thống a Cân băng thương phẩm là thiế ịt b được chế tạo riêng chuyên dùng cho các ng ứ dụng cân động với băng t i Cân b ng được các hãng s n xu t theo các chu n công ả ă ả ấ ẩ nghiệp với độ chính xác t rấừ t cao 0.125% đến độ chính xác th p h n phù h p v i ấ ơ ợ ớ mục đích sử ụ d ng b Đặc đ ểi m chung của hệ thống dự trên cân băng thương phẩm là:

- Việc tính toán đo và đ ềi u khiển của từng băng tải do các cân băng thực hiện

- Phần giao diện kết nối hệ ố th ng s được th c hiện qua máy tính và bộ kết nố ữẽ ự i d liệu

- Hệ thống là hệ ố th ng i u khiển phân tán đ ề

- Độ chính xác của việc đ ềi u khiển hoàn toàn do cân băng và các bộ cảm bi n i ế đ kèm

+Truyền tin giữa cảm biến biến tần và cân băng là truyền tin tương tự 4- 20mA và xung

+Truyền tin giữa cân băng và b kếộ t n i h th ng: Tương t 4-20mA hay ố ệ ố ự truyền tin số

Truyền tin giữa bộ điều khiển và máy tính là quá trình truyền dữ liệu số Hệ thống điều khiển dựa trên cân băng cho dây chuyền phối liệu bao gồm 6 cân, như được mô tả trong hình dưới đây.

Hình II.6: Sơ đồ h thống đ ềệ i u khiển dựa trên cân băng II.4.2 Ví dụ thi t b ế ị

Hệ thống điều khiển dây chuyền phôi liệu trên cân băng có cấu trúc linh hoạt, cho phép sử dụng phích cắm cân bằng và PLC của các hãng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng cân Các thiết bị được trình bày trong các mục dưới đây có thể được lựa chọn để xây dựng hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu, như minh họa trong hình II.6.

Có nhiều loại cân băng với độ chính xác khác nhau, và việc lựa chọn loại cân phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ của quá trình cấp phối liệu Cân băng Milltronics W600 của Siemens có độ chính xác từ 0.5-1%, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết cho nhiều ứng dụng.

Nhiệt độ làm việc tối đa đạt 65°C với công suất cân băng lên đến 18 tấn/giờ Cảm biến trọng lực hoạt động với nguồn cấp 10V, độ nhạy 0.01% và độ phi tuyến 0.001%, cho phép đo lường trong các dải 6, 12, và 30 kg với khả năng quá tải lên đến 150% Hệ thống cung cấp đầu ra cho tốc độ cấp liệu, tổng lượng cấp, và trọng lượng băng, đồng thời hỗ trợ truyền thông qua Mosbus, Profilebus, và nhiều giao thức khác.

Bảng II.5: Các thông số ỹ k thuật của cân băng Milltronics W600 của Siemens

Ta có thể lựa ch n PLC c a m t hãng b t k bảọ ủ ộ ấ ỳ ng dưới ây cho ta thông số đ lựa chọn PLC của Mitsubishi

Tên thiết bị Số lượng Ch c n ng ứ ă

FX2N-40ER-ES/UL 1 24 DI, 12 DO

Bảng II.6: Các thông số lựa chọn PLC của Mitsubishi II.4.3 Ưu nhược đ ểi m và phạm vi ứng dụng của hệ ố th ng

- Độ chính xác cao và đảm bảo

- Tính năng vận hành tốt do được thiết kế theo các chuẩn công nghiệp

- Kết nối giao diện với các thiế ịt b khác d dàng theo chu n công nhi p ễ ẩ ệ

- Phần giao diện với người dùng tiệ ợn l i và tin cậy khi được lập trình với các phần mềm HMI công nhiệp như WinCC, Citect…

- Giá thành cao hơn nhiều so với hệ thống được xây dựng trên card tín hiệu PCI và PLC

Hệ thống điều khiển dây chuyền phối liệu được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao, đặc biệt trong công nghệ sản xuất xi măng lò quay.

Hệ thố ng i u khiển dựa trên cân băng thương phẩm………………………-45- đ ề 1 Cấu hình chung của hệ thống

Thiế ế t k hệ đ ề i u khiển cho dây chuyền phối liệu

III.1 Thiết kế ổ t ng quan

Hệ thống cân băng định lượng cho nghiền liệu thô trong các nhà máy xi măng thường có từ 4 đến 6 cân, tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ của từng nhà máy Đối với công nghệ lò quay, không sử dụng cân than như ở lò đứng Trong các nhà máy xi măng lò quay hiện đại, thường chỉ sử dụng 4 cân băng, bao gồm các loại cân cần thiết để đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả.

Bài toán thiết kế đặt ra là phát triển hệ thống điều khiển phân tán cho băng tải trong các dây chuyền phối liệu xi măng lò quay, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo tính đồng bộ trong quá trình sản xuất Sơ đồ khối của hệ thống được thể hiện trong hình III.1.

• Thiế ết k tích h p h th ng ợ ệ ố

• Lập giao diện HMI trên máy tính

Nội dung c a các bước thiết kế này sẽ được đề cập đến ở các mục sau ủ

III.2 Thiết kế cân băng

III.2.1 Các đặc đ ểi m chính của cân

Chức năng của các đầu vào đầu ra để thực hiện các chức năng như lắp đặt chỉnh định.

Thiết kế hệ đ ề i u khiển cho dây chuyền phối liệu

Thiết kế cân băng

III.2.1 Các đặc đ ểi m chính của cân

Chức năng của các đầu vào đầu ra để thực hiện các chức năng như lắp đặt chỉnh định

Hình III.1: Sơ đồ t ng quan hệ đ ềổ i u khiển phân tán cho dây chuyền phối liệu a Giao diện với người sử ụ d ng:

- Hiển thị LCD 4 hàng 20 ký tự, hi n thị nhiều thông số ể

- Có bàn phím số để cài đặt thông số và hi n thể ị ế k t quả đ o

The 20-key keyboard features numeric keys along with functional keys such as PRINT, A/M, RUN, PAR, ZERO, SPAIN, DISP, RESET TOTAL, CLEAR, and ENTER Additionally, it includes various input and output options for enhanced device interaction.

- Đầu vào loadcell với 1,2,4 loadcell ( 2 và 4 loadcell đấu qua junction box)

- Có 3 đầu vào 4-20mA cho remote setpoint và các đầu vào khác

- Có 1 đầu vào cho speed sensor và 1 đầu vào cho belt index

- Có 5 đầu ra transistor có thể ậ l p trình được

- Có 6 đầu vào số có thể ậ l p trình được

Thiết bị có một đầu ra 0-20mA cho bộ điều khiển PID và một đầu ra 0-20mA có thể lập trình để điều chỉnh tốc độ tải hoặc lưu lượng của PID Ngoài ra, thiết bị còn được trang bị cổng thông tin cho giao tiếp công nghiệp và cài đặt các thông số cần thiết.

- Một cổng RS-232 d Giao thức thông tin:

- Modbus RTU và Modbus ASCII

- Phần mềm cài đặt thông số e Các chức năng hoạt động và đ ềi u khiển:

- Tuyến tính hoá đầu đo load cell

III.2.2 Các thông số chính a Nguồn cấp:

- Cầu chì 2A 250 VAC b Ứng dụng:

Cân băng tải với 1,2 hay 4 load cell; có hay không có Speed sensor

- Độ chính xác: - 0.5% của Full scale

- Độ phân giải: - 0.05% của Full Scale c Đ ềi u kiện làm việc:

- Làm việc trong phòng có mái che

- Độ ẩm: < 85% d Cài đặt thông số:

- Bàn phím trên mặt máy

- Phần mềm trên máy tính đi kèm theo, kết nối qua cổng RS-232 e Hiển thị:

- 4 hàng 20 ký tự f Bộ nhớ:

- Chương trình lưu trong FLASH EPROM

- Thông số ư l u trong EEPROM g Đầu vào:

- Đầu vào tương tự: 3 đầu vào 4-20mA

- Đầu vào đếm xung: 0V - 5÷15V, 1-3000Hz

- Auto zero: công tắc từ thi t bế ị bên ngoài

Các đầu vào số bao gồm 6 tín hiệu cho phép điều khiển các chức năng bên ngoài như thay đổi trang hiển thị, reset tổng, thiết lập giá trị về không, điều chỉnh khoảng, in ấn, reset mẻ và thực hiện chức năng PID.

- 0.1% của 20mA, tải lớn nhất 750Ω

III.2.3 Thiết kế phần cứng

• Thiế ế ổt k t ng quan ph n c ng ầ ứ

Vi xử lý chính của thiết bị có nhiệm vụ đọc và xử lý các giá trị từ loadcell, cảm biến tốc độ, chỉ số băng tải và các đầu vào khác Dựa vào các chế độ điều khiển, vi xử lý này tính toán giá trị cân và điều chỉnh đầu ra theo yêu cầu Ngoài ra, nó cũng điều khiển các chức năng khác của hệ thống, cung cấp số liệu hiển thị và truyền thông Khối điều khiển này sử dụng vi điều khiển ATMEGA128 của hãng ATMEL.

Vi điều khiển ATMEGA32 của hãng ATMEL có khả năng quét bàn phím và điều khiển hiển thị LCD, giúp giảm tải yêu cầu xử lý cho vi điều khiển chính.

Mạch o Loadcell sử dụng mạch cầu 6 dây để kết nối với Loadcell Tín hiệu từ Loadcell được khuyếch đại và lọc nhiễu thông qua mạch tương tự và số, sau đó được biến đổi thành số có bù cho việc thay đổi nguồn cấp cho cầu Các chức năng này được thực hiện bởi IC chuyên dụng AD7730 của Analog Device.

- Đầu vào tương tự: Tín hi u vào 4-20mA được s hoá để đặt setpoint t xa ệ ố ừ hay giao tiếp với các hệ thống tín hiệu khác

- Đầu ra tương tự: Để iđ ều PID và có thể lập trình gán ch c n ng cho đầu ra ứ ă số này

- Đầu vào xung cho speed sensor tần số 0-3000Hz Có đầu cấp nguồn cho speed sensor

- Đầu vào Belt index cho cảm biến inductor

- 5 đầu ra số DC dòng ra 1A cho phép gán chức năng trong quá trình đặt thông số

- 6 đầu vào số 24 VDC cho phép gán ch c n ng ứ ă

- Bàn phím 20 phím (8 hàng * 3 cột ) bao gồm các phím số và phím chức năng

- Hiển thị LCD sử ụ d ng module LCD 20 ký tự * 4 hàng có đèn nền

Mạch nguồn với đầu vào 220VAC cung cấp điện áp cần thiết cho các mạch hoạt động Để đáp ứng các yêu cầu phần cứng, bộ điều khiển cân được thiết kế theo sơ đồ khối cụ thể.

Hình III.2: Sơ đồ khối tổng quan cho phần cứng của cân băng

• Lựa chọn và kết nối thiết bị a Lựa chọn vi đ ềi u khiển chính cho bộ đ ề i u khiển

Vi điều khiển (VĐK) trong thiết bị có nhiệm vụ đọc giá trị từ loadcell và tốc độ từ cảm biến tốc độ để tính toán lưu lượng qua cân Nó còn kết hợp với các tín hiệu vào ra khác để điều khiển các chức năng như cảnh báo và ra số Một chức năng quan trọng khác của VĐK là thực hiện điều khiển vòng kín PID nhằm kiểm soát lưu lượng cân theo giá trị mong muốn Do hệ thống cân hoạt động với tốc độ cao, VĐK cần có khả năng xử lý nhanh Bên cạnh đó, VĐK cũng cần tích hợp nhiều ngoại vi như Timer, Counter, cổng SPI, SCI để dễ dàng giao tiếp với các thiết bị khác trong hệ thống.

Thiết bị hoạt động trong môi trường công nghiệp cần đáp ứng các yêu cầu như khả năng chống chịu và hoạt động ở nhiệt độ cao Do thiết bị có nhiều chức năng và thực hiện nhiều tính toán, nên cần có bộ nhớ chương trình đủ lớn để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Flash EPROM và bộ nhớ RAM VĐK cũng cần có bộ nhớ EEPROM cho việc lưu các thông số ủ c a chương trình hoạt động

Chíp ATmega128 là một vi điều khiển 8 bit công suất thấp, được thiết kế theo kiến trúc RISC, thuộc dòng vi điều khiển AVR Với khả năng xử lý lên đến 1 triệu lệnh trên giây tại 1 MHz, ATmega128 cho phép thực hiện các lệnh phức tạp trong một chu kỳ máy Điều này giúp tối ưu hóa tốc độ xử lý và tiết kiệm công suất tiêu thụ, mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng.

RISC nâng cao 133 câu l nh mệ ạnh, phần lớn trong số này được th c thi trong ự

8 thanh ghi đa ch c nứ ăng 32 bít Hoạt động hoàn toàn tĩnh Tốc độ xử lý lên tới 16 triệu lệnh trên giây khi xung nhịp đồng hồ là 16Mhz

Bộ nhân tích hợp trên chíp với lệnh được thực hiện trong hai chu kỳ

2 Các bộ nhớ chương trình và dữ liệu không mất dữ liệu khi mất nguồn cấ p

Bộ nhớ Flash tự lập trình tích hợp trên chíp dung lượng 128K bytes

Số lần cho phép ghi/xoá : 10000 cho Flash và 100000 cho EFROM

Thời gian lưu giữ số liệu là 20 năm ở nhiệt độ 85°C và 100 năm ở nhiệt độ 25°C Phần lưu mã khởi động được trang bị bít khóa độc lập, cho phép lập trình hệ thống với chương trình khởi động trên chip, đồng thời hoạt động đọc ghi cùng hệ thống.

Khoá lập trình để đả m bảo an ninh phần mềm Giao diện SPI cho lập trình hệ thống

JTAG (theo chuẩn 1149.1 của IEEE)

Hỗ trợ tính năng tìm s a l i trên chíp ử ỗ Lập trình bộ nhớ Flash, ERROM, bít khoá …qua giao diện JTAG

4 Chức năng ngoại vi 2 bộ đếm hay bộ định thời 8 bít với bộ ề ti n định thang riêng, và các chế độ so sánh

2 bộ đếm hay định thời 16 bít b tiộ ền định thang, chế độ so sánh, và chế độ l u ư

B ộ đếm thời gian thực với bộ dao động riêng

6 kênh PWM với độ phân giải từ 2-16 bít

B iộ đ ều chế so sánh đầu ra

Bộ chuyển đổi tương tự số 8 kênh, 10 bít

7 kênh vi sai đối v i vớ ỏ vuông chân dán (TQFP)

2 kênh vi sai với hệ ố s khuyếch 1x, 10x, 200x Đường truyền n i ti p hai dây theo bít ố ế Đường truyền n i ti p l p trình USART ố ế ậ Giao diện nối tiếp SPI Master/Slave

B ộ định thời cho chíp lập trình được với bộ dao động riêng tích hợp trên chíp

Bộ so sánh tương tự tích hợp trên chíp

5 Các tính năng đặc biệt

Chức năng phát hiện bật nguồn, kh i động l i hay ch độ gi m ở ạ ế ả công suất tiêu thụ do lập trình

Tích hợp bộ dao động RC được căn chỉnh Các nguồn ngắt trong chíp và ngoại vi

6 chế độ ngh chờ: Nghỉ, Giảm nhiễu ADC, Tiết kiệm công suất, ỉ tắt nguồn, dự phòng, và dự mở rộng phòng

6 Các chân vào ra và kiể đu óng chíp

32 chân vào ra lập trình được

40 chân vỏ thường chân gắn (PDIP), 44 chân vỏ vuông chân dán (TQFT), 44 chân gắn trên đế cắm

64 chân vỏ vuông chân dán (TQFT), 64 chân gắn trên đế cắm QNF, MLF

8 Đ ệi n áp nguồn c pấ 2.7-5.5 V đối với Atmega32L

9 Tốc độ 0-8 MHz cho Atmega128L

0-16 MHz cho Atmega128 BảngIII.1 : Bảng tính năng của chíp Atmega128

Hình III.3: Sơ đồ chân của vi đ ềi u khiển ATMEGA 128 b Lựa chọn VĐK và mạch cho quét bàn phím và hi u thị ể

Yêu cầu của mạch bàn phím và hiển thị:

Có 20 phím bao gồm các phím số và chức năng để hi n thị 4 hàng 20 ký tự ể có đèn nền việc đ ềi u khiển hiển thị và quét phím thực hiện trên mạch và trao đổi thông tin với VĐK chính sử ụ d ng cổng thông tin

Do tính chất phức tạp của việc điều khiển VĐK chính, mạch hiển thị và quét bàn phím cần sử dụng V K thứ hai Vì mạch hiển thị không yêu cầu nhiều chức năng như mạch chính, nên chúng ta lựa chọn sử dụng chip ATMEGA32 Các tính năng của chip này được trình bày trong bảng dưới đây.

Chíp ATmega32 là vi điều khiển 8 bit công suất thấp, được thiết kế theo kiến trúc RISC cải tiến của họ vi điều khiển AVR Với khả năng xử lý lên đến 1 triệu lệnh mỗi giây ở tần số 1 MHz, ATmega32 cho phép tối ưu hóa tốc độ xử lý và công suất tiêu thụ hiệu quả.

131 câu l nh mệ ạnh, phần lớn trong số này được th c thi trong ự 1chu kỳ máy

8 thanh ghi đa ch c nứ ăng 32 bít Hoạt động hoàn toàn tĩnh

Tốc độ xử lý lên tới 16 triệu lệnh trên giây khi xung nhịp đồng hồ là 16Mhz

Bộ nhân tích hợp trên chíp với lệnh được thực hiện trong hai chu kỳ

2 Các bộ nhớ chương trình và dữ liệu không mất dữ liệu khi mất nguồn cấ p

Bộ nhớ Flash tự lập trình tích hợp trên chíp dung lượng 32K bytes cho phép 10.000 lần đọc xoá

Phần lưu mã khởi động với bít khoá độc lập, lập trình hệ thống với chương trình khởi động trên chíp, ho t động đọc ghi cùng hệ ạ thống

EFPROM dung lượng 1024 bytes cho phép 100.000 lần đọc xoá SRAM dung lượng 2K bytes

Khoá lập trình để đảm bảo an ninh phần mềm

JTAG (theo chuẩn 1149.1 của IEEE)

Hỗ trợ tính năng tìm s a l i trên chíp ử ỗ Lập trình bộ nhớ Flash, ERROM, bít khoá …qua giao diện JTAG

4 Chức năng 2 bộ đếm hay bộ định thời 8 bít với bộ ề ti n định thang riêng, và

1 bộ đếm hay định thời 16 bít bộ tiền định thang, ch độ so sánh, ế và chế độ l u ư

Bộ dếm thời gian thực với bộ dao động riêng

Bộ chuyển đổi tương tự số 8 kênh, 10 bít

7 kênh vi sai đối v i vớ ỏ vuông chân dán (TQFP)

2 kênh vi sai với hệ ố s khuyếch 1x, 10x, 200x Đường truyền n i ti p hai dây theo bít ố ế Đường truyền n i ti p l p trình USART ố ế ậ Giao diện nối tiếp SPI Master/Slave

Bộ định thời cho chíp lập trình được với bộ dao động riêng tích hợp trên chíp

Bộ so sánh tương tự tích hợp trên chíp

5 Các tính năng đặc biệt

Chức năng phát hiện bật nguồn, kh i động l i hay ch độ gi m ở ạ ế ả công suất tiêu thụ do lập trình

Tích hợp bộ dao động RC được căn chỉnh Các nguồn ngắt trong chíp và ngoại vi

6 chế độ ngh chờ: Nghỉ, Giảm nhiễu ADC, Tiết kiệm công suất, ỉ tắt nguồn, dự phòng, và dự phòng mở rộng

8 Đ ệi n áp nguồn c pấ 2.7-5.5 V đối với Atmega32L

9 Tốc độ 0-8 MHz cho Atmega 32L

10 Công suất tiêu thụ ầ (t n số hoạt động 1

Hoạt động: 1.1mA Nghỉ 0.35mA Tắt chờ nhỏ hơn 1 àA

BảngIII.2 : Bảng tính năng của chíp Atmega32

Hình III.4: Sơ đồ chân c a vi đ ềủ i u khiển ATMEGA 32L

T ừ đó ta có thể lựa chọn VĐK ATMEGA128, ATMEGA 32L ới sơ đồ chân và sơv đồ chức n ng được cho hình III.3 và hình III.4 ă ở

Hình III.5: Sơ đồ khối chức năng c a vi i u khi n ATMEGA 128 ủ đ ề ể

Hình III.6: Sơ đồ chân c a vi đ ềủ i u khiển ATMEGA 32L

Mạch hi n th s d ng Module LCD 4 hàng 20 ký t có các thông số theo ể ị ử ụ ự các bảng sau:

Bộ phận Kích cỡ Đơn vị

Kích thước ký tự 2.3x4.03 mm

Bảng III.3 : Kích thước của màn hình LCD

Chân Ký hiệu Chức năng

3 Vo Đ ềi u chỉnh độ tương phản

4 RS Lựa chọn thanh ghi lệnh/d liệu ữ

7-14 DB0-DB7 Bus dữ liệu

15 A Nguồn cấp cho LED BL(+)

Bảng III.4 : Tính năng các chân của màn hình LCD

Hình III.7 :Sơ đồ khối của màn hình LCD

- Mạch hiển thị và bàn phím được cấp nguồn từ mạch chính thông qua chân

1 cổng kết nối J2 Thạch anh Y1 có tần số 11.0592 MHz cung cấp tần số hệ ố th ng cho VĐK

Mạch C3 và R1 sẽ được RESET khi bật nguồn Vi điều khiển ATMEGA32 không được kết nối để trao đổi số liệu với V K chính qua cổng SCI, sử dụng hai tín hiệu RxD và TxD từ cổng J2 Cổng J1 được sử dụng làm cổng lập trình trong quá trình phát triển phần mềm cho mạch.

PC0 (SCL) 22 PC1 (SDA) 23 PC2 (TCK) 24 PC3 (TMS) 25 PC4 (TDO) 26 PC5 (TDI ) 27 PC6 (TOSC1) 28 PC7 (TOSC2) 29

PA7 (ADC7) 33 PA6 (ADC6) 34 PA5 (ADC5) 35 PA4 (ADC4) 36 PA3 (ADC3) 37 PA2 (ADC2) 38 PA1 (ADC1) 39 PA0 (ADC0) 40

PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7

Thiết kế tích hợp hệ thống

Hệ thống điều khiển chung cho hệ thống cân thường sử dụng PLC để kết nối và điều khiển các thiết bị, giúp tích hợp với hệ thống DCS của nhà máy Tại Việt Nam, PLC SIEMENS S7-300 được ưa chuộng trong nhiều nhà máy xi-măng, và phần mềm SCADA WINCC của SIEMENS được sử dụng để quản lý và giám sát hệ thống Việc kết nối tín hiệu với hệ thống là bước quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống cân phối liệu.

• Tín hiệu c a cân b ng ủ ă Để cân băng có th làm vi c ta c n k t n i nó v i h th ng qua các tín hi u: ể ệ ầ ế ố ớ ệ ố ệ a Tín hiệu đầu vào số:

- RUN/STOP: tín hiệu này được gử đếi n từ PLC để chạy và dừng cân ở chế độ ự độ t ng

- Interlock: Tín hiệu chạy liên động cho bộ đ ề i u khiển cân Tín hiệu này nhận được từ PLC

- Xoá Alarm: Tín hiệu xoá lỗi cho bộ đ ề i u khiển Tín hiệu được nố ới nút i v ấn g n t i t i u khi n ắ ạ ủ đ ề ể

- Lệch băng: Tín hiệu báo băng tải cân bị lệch kh i vị trí cân bằỏ ng Tín hi u ệ được gử ừ ại t h n v v trí b ng t i đếị ị ă ả n b i u khi n ộ đ ề ể

Tín hiệu báo băng trượt tại Puli được phát hiện thông qua cảm biến Inductor, giúp nhận diện sự di chuyển và gửi thông tin về bộ điều khiển Tín hiệu đầu ra là số, cung cấp thông tin chính xác về tình trạng băng trượt.

- RUN: báo bộ đ ề i u khi n ang hoạt động Báo về PLC và đèn trên tủ đ ềể đ i u khi n ể

- General alarm: báo bộ đ ề i u khiển có lỗi chung Mã lỗi có thể đọ c tại màn hiển thị của bộ đ ề i u khiển Báo về PLC và đèn trên tủ đ ều khiể i n

- Stop larm: Báo bộ đ ề i u khi n b lỗể ị i d ng ho t động Báo v PLC và èn ừ ạ ề đ trên tủ đ ề i u khiển

- Local/Central: báo bộ đ ề i u khiển được t chế độ đ ềđặ ở i u khiể ạn t i ch hay ỗ đ ềi u khi n t phòng i u khi n trung tâm Báo v PLC và èn trên tủ đ ềể ừ đ ề ể ề đ i u khiển

- Total: Phát ra xung sau mỗt tấn v t liệu được cân (lập trình được trên bộ ậ đ ềi u khi n) Báo v PLC để m t ng lượng cân được ể ề đế ổ c Đầu vào xung:

- Speed sensor: tín hiệu tố độc được gửi từ cảm bi n t c độ đến b i u ế ố ộ đ ề khi n ể

- Belt index: báo vị trí gốc c a bủ ăng tải d Đầu vào tương tự:

- Load cell: Nối v i cớ ầ đểu đọc giá trị trọng l ng cượ ủa cân hiện thời

- Setpoint: Giá trị ư l u lượng cầ đ ền i u khiển Tín hiệu này nhậ ừn t PLC e Đầu ra tương tự:

- PID output: Đầu ra của b i u khi n PID, nó được n i vào bi n t n i u ộ đ ề ể ố ế ầ để đ ề khiể ốn t c độ của băng tải

- Flow output: Đầu ra lưu lượng cân được Được g i đếử n PLC để giám sát lưư lượng thực hiện trên cân

PLC kết nối điều khiển 4 cân và một băng tải chính, đồng thời thực hiện liên động với các thiết bị khác trong hệ thống Để thực hiện các chức năng này, PLC cần được trang bị các đầu vào ra, trong đó có 26 đầu vào số.

- 5 đầu vào số cho m i b i u khi n cân (4 cân c n 20 u vào s ) ỗ ộ đ ề ể ầ đầ ố

- 4 đầu vào số E.stop cho t ng cân ừ

- 1 cho báo lỗi của băng tải chính

- 1 tín hiệu liên động t thiết bị khác ừ b Đầu ra số: tổng số 10 đầu

- 2 đầu ra số cho m i b K cân (4 cân 8 u ra s ) ỗ ộ Đ đầ ố

- 1 Đầu ra số cho ch y b ng t i chính ạ ă ả

- 1 đầu ra số cho liên ng v i các thi t b khác độ ớ ế ị c Đầu vào tương tự: tổng số 4

- 4 đầu vào tương tự cho l u lượng cân được của 4 cân ư d Đầu ra tương tự: tổng số 4

- 4 đầu ra tương tự cho t setpoint cho 4 b i u khi n cân đặ ộ đ ề ể

PLC thực hiện k t nố đ ềế i i u khi n quể ản lý 4 cân băng và cần có c ng thông ổ tin mạnh có thể dễđể dàng k t n i v i các h DCS c p trên do ó ta l a ch n CPU ế ố ớ ệ ấ đ ự ọ

S7-315 2DP làm CPU cho bộ đ ề i u khiển Hệ hệ đ ề i u khi n bao g m các thi t bị ể ồ ế theo bảng sau :

Tên thiết bị Mã hiệu Số lượng

1 128KBRAM,24VDC supply voltage,MPI,PROFIBUS,

7 SM322 6ES7.322- 1 16 outputs, 4 V DC, 0.5 A digital output modules

Bảng III.6 trình bày các thiết bị trong hệ điều khiển i, cung cấp thông tin về tên và chức năng của từng thiết bị được gán cho các đầu vào và đầu ra của PLC.

TT Đầu vào /ra Tên tín hiệu Ghi chú

1 I0.0 Liên động từ ệ ố h th ng Đầu vào số

6 I0.5 Main Belt Alarm Đầu vào số

7 I0.6 Cân 1 hoạt động Đầu vào số

8 I0.7 Cân 1 General Alarm Đầu vào số

9 I1.1 Cân 1 Stop alarm Đầu vào số

10 I1.2 Cân 1 Local/Central Đầu vào số

11 I1.3 Cân 1 Totalizer Đầu vào số

27 Q0.0 RUN/STOP cân 1 Đầu ra số

28 Q0.1 Interlock cân 1 Đầu ra số

35 Q1.0 RUN main Belt Đầu ra số

36 Q1.1 Interlock output Đầu ra số

37 AIW0 Lưu lượng cân 1 Đầu vào tương tự

41 AQW0 Setpoint cân 1 Đầu ra tương tự

Bảng III.7: Tên và chức năng c th được gán cho t ng đầu vào đầu ra c a PLC ụ ể ừ ủ III.3.3 Chức năng phần mềm PLC

Phần m m của PLC phải thực hiện kết nối đ ềề i u khiển liên động và truyền tin với phần mềm giao tiếp người máy cụ thể như sau:

- Đ ềi u khi n Logic, liên động và x lý l i các thi t b trong h ể ử ỗ ế ị ệ

- Nhận setpoint và các lệnh i u khi n t giao diện và gửi xuống cho từng bộ đ ề ể ừ đ ềi u khi n cân ể

- Đọc các trạng thái, giá tr cân được và đếị m t ng giá tr cân được r i g i lên ổ ị ồ ử màn hiển thị

- Giao tiếp v i giao diện người máy qua Profibus-DP ớ

Lư đồ ủu c a ph n m n cho PLC được cho hình dưới: ầ ề ở

Hình III.42: Lưu đồ chương trình PLC III.3.4 Phần m m giao di n người máy t i máy tính ề ệ ạ

Phần m m giao diện người máy tại máy tính thực thiện các chức năng ề

- Nhận bài toán phối liệ ừu t người dùng và tính toán các giá trị đặt cho từng cân

- Gửi lệnh và cho bộ đ ề i u khiển PLC

- Hiển thị đồ hoạ trạng thái của hệ thống

- Lưu trữ quản lý dữ liệu

Phần mềm HMI WinCC của SIEMENS được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ các chức năng giao tiếp giữa người và máy trong lĩnh vực công nghiệp Hình ảnh minh họa sơ đồ thuật toán của phần mềm này cho thấy cách thức hoạt động và tương tác hiệu quả trong hệ thống.

Hình III.43 : Lưu đồ phần mềm HMI Giaodiện c a màn hình chính, cảnh báo, đồ thị cấủ p li u được cho trong các ệ hình sau:

Hình III.44: Giao diện màn hình chính

Hình III.45: Giao diện đặt tốc độ c p liệu ấ

Hình III.46: Giao diện cảnh báo

Hình III.47: Giao diện đồ thị ấ c p liệu

Tiêu đề	Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Phân Tán Cho Dây Chuyền Phối Liệu
Tác giả	Nguyễn Thị Thu Hường
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Văn Liễn
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Tự Động Hóa
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	113
Dung lượng	13,22 MB