Mục đích
Trong quá trình thực hiện đồ án chúng ta phải tìm tòi, trao đổi kiến thức, tổng hợp nó để vận dụng vào thiết kế sao cho việc thiết kế hệ thống điều khiển cho dây chuyền cân băng định lợng đảm bảo kỹ thuật, phù hợp với yêu cầu thực tế.
Nội dung thực hiện
Phạm vi nội dung đồ án tập trung vào các vấn đề sau:
- Công nghệ sản xuất xi măng.
- Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lợng.
- Giới thiệu hệ thống DCS tại nhà máy.
- Phân tích thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống cân băng định lợng.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ngày nay lĩnh vực tự động hoá và tin học công nghiệp là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, nhiều hệ thống điều khiển tự động đ ra đời nhằm phục vụ nhiều nhu cầuãng ABB khác nhau của đời sống và đợc ứng dụng rất thành công đem lại hiệu quả công việc rất cao Một trong những ph-
2 ơng án tốt nhất và đợc sử dụng rộng r i hiện nay là thayãng ABB thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC Vì vậy thiết kế hệ thống điều khiển cho dây chuyền cân băng định lợng sử dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC làm nâng cao năng suất, chất lợng của xi măng là một điều tất yếu hiện nay.
Hớng phát triển của đề tài
Đề tài này cho ta nắm khái quát một hệ thống tự động, tuy nhiên trên thực tế có nhiều hình thức cân định lợng, tuỳ theo nhu cầu công việc mà ta thiết kế cho hợp lý Từ những kiến thức tiếp thu đợc qua đề tài này ta có thể phát triển hệ thống cân băng định lợng sang nhiều lĩnh vực khác nh trong sản xuất thực phẩm, thức ăn gia sóc,
Phơng pháp thực hiện
Trong quá trình làm đồ án thờng sử dụng những ph- ơng pháp sau:
- Phơng pháp khảo sát thực tế.
- Phơng pháp xử lý tài liệu.
Công nghệ sản xuất xi măng
Khái niệm chung
1.1.1 Xi măng và các phơng pháp sản xuất xi măng hiện nay
Nớc ta đ và đang bãng ABB ớc vào thời kỳ hiện đại hoá - công nghiệp hoá nhiều công trình xây dựng cần đợc sửa chữa, xây mới Để đáp ứng đợc nhu cầu đó ở trong nớc cũng nh ở nớc ngoài, nhiều nhà máy xi măng nh: Bỉm Sơn, Bút Sơn, Tam Điệp, Duyên Hà, Hoàng Thạch, đ đãng ABB ợc xây dựng với công suất từ một đến vài triệu tấn/năm Tuỳ thuộc vào dạng phối liệu đợc chuẩn bị trớc khi đa vào lò nung mà ngời ta phân ra các phơng pháp sản xuất khác nhau:
- Công nghệ ớt: hỗn hợp nguyên liệu đợc khuấy đồng nhất trong nớc dới dạng bùn lỏng trớc khi đa vào lò nung.
- Công nghệ bán khô: hỗn hợp bột nguyên liệu đợc trộn ít nớc và tạo thành dạng viên trớc khi đa vào lò nung.
- Công nghệ khô: hỗn hợp bột nguyên liệu đợc đồng nhất dới dạng bột khô hoàn toàn trớc khi đa vào lò nung.
Tơng ứng với các phơng pháp sản xuất khác nhau đó thì lại có các hệ thống lò nung riêng:
- Công nghệ ớt: lò ống dài.
- Công nghệ bán khô: lò đứng.
- Công nghệ khô: lò ống dài công nghệ khô, lò ống làm nguội kiểu hành trình, lò ống có cyclone trao đổi nhiệt, lò ống có tháp tiềm nung.
*) Xi măng là chất kết dính thuỷ lực cứng trong nớc và không khí đợc tạo ra bởi việc nghiền Clinker với thạch cao và một số phụ gia khác Các phụ gia và thạch cao đợc lấy từ tự nhiên (các mỏ), còn clinker thì đợc tạo ra nhờ quá trình nung luyện các chất nh đá vôi, đá sét,silicát, xỉ sắt Chất lợng của clinker phụ thuộc vào thành phần hoá học và thành phần khoáng của nó.
1.1.2 Quá trình lý hoá xảy ra khi nung luyện clinker
Nung phối liệu đợc thực hiện chủ yếu trong lò quay. Nếu nguyên liệu chuẩn bị theo phơng pháp khô có thể nung cả trong lò đứng.
Lò quay là ống trụ bằng thép đặt nghiêng 3 – 4 độ, trong lót bằng vật liệu chịu lửa Chiều dài lò 95 - 185 - 230 m, đờng kính 5 – 7 m.
Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngợc dòng Hỗn hợp nguyên liệu đợc đa vào đầu cao, khí nóng đợc phun lên từ đầu thấp.
Khi lò quay (1- 2 vòng/phút), phối liệu chuyển dần xuống và tiếp xúc với các vùng nhiệt có nhiệt độ khác nhau, tạo ra những quá trình lý hoá phù hợp để cuối cùng hình thành clinker Phối liệu từ khi vào lò đến khi tạo thành clinker ra khỏi lò lần lợt trải qua 6 vùng nhiệt độ:
- Tại vùng bay hơi (vùng sấy), với nhiệt độ 70 – 80 0 C, nớc tự do bay hơi, phối liệu đóng thành cục rồi vỡ vụn ra.
- Tại vùng đốt nóng, với khoảng nhiệt độ từ 200 đến
700 0 C, làm cho chất hữu cơ cháy, nớc hoá học bay hơi (ở 450 – 500 0 C) tạo ra caolinit khan (Al2o3.SiO2) và các liên kết khác Trong phơng pháp ớt vùng đốt nóng chiếm đến 50 –
- Trong vùng canxi hoá (dài 20 – 30% chiều dài lò) với nhiệt độ từ 700 đến 1100 0 C, phản ứng phân giải canxit để sinh ra CaO và tách các khoáng sét khan thành các oxít riêng biệt SiO2, Al2O3, Fe2O3 Do đóvùng này tiêu tốn nhiều nhiệt lợng nhất Các phản ứng ở trạng thái rắn để tạo thành 3CaO.Al2O3, CaO.Al2O3 và một phần 2CaO.SiO2 cũng xảy ra.
- Tại vùng phóng nhiệt (1100 – 1250 0 C) đ xảy ra cácãng ABB phản ứng ở pha rắn để tạo ra 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3 và2CaO.SiO2 Tất cả các phản ứng đều toả ra một nhiệt lợng lớn (100 Kcal/kg clinker), làm tăng nhanh nhiệt độ của vật liệu trong vùng tơng đối ngắn (5- 7% chiều dài lò).
- Tại vùng kết khối (1300 – 1450 – 1300 0 C) nhiệt độ lò nung đạt giá trị cao nhất (1450 0 C) ở giai đoạn đầu kết khối
(1300 0 C), một phần khoáng dễ chảy nh 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3, MgO và các tạp chất dễ chảy khác bị chảy lỏng ra (20 – 30% thể tích hỗn hợp nung) Khi nhiệt độ đạt đến 1450 0 C 2CaO SiO2 và CaO tan vào dung dịch clinker lỏng để hình thành Alit 3CaO.SiO2 (khoáng cơ bản của clinker) Quá trình này tiếp tục đến khi liên kết hầu nh hoàn toàn oxit canxi (trong clinker CaO tự do không lớn hơn 0.5 – 1%) Alit ít hoà tan, nó đợc tách ra khỏi dung dịch nóng chảy ở dạng tinh thể mịn Quá trình tạo Alit diễn ra trong khoảng 15 – 20 phút (Chiếm 10 – 15% chiều dài lò) Ra khỏi vùng kết khối (nhiệt độ giẩm từ 1450 xuống
1300 0 C) từ dung dịch lỏng các khoáng 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3, MgO đợc kết tinh lại.
- Tại vùng làm nguội: nhiệt độ giảm từ 1300 xuống
1000 0 C cấu trúc và thành phần của clinker hoàn toàn đợc hình thành và hoàn thiện thêm Clinker đa ra khỏi lò nung ở dạng hạt màu xẫm hoặc vàng xanh đợc làm nguội từ 1000 0 C xuống đến 100 – 200 0 C trong các thiết bị làm nguội bằng không khí rồi đợc giữ trong một kho 1 - 2 tuần.
Công nghệ sản xuất xi măng
*Đá vôi: đợc khai thác theo phơng pháp cắt tầng bằng nổ mìn sau đó dùng xe ủi xuống chân núi Dới chân núi , máy xúc có công suất lớn xúc đá lên xe tải, băng tải xích chuyển về máy đập Đá sau khi đợc đập có kích thớc cực đại cỡ 25mm, qua hệ thống băng tải cao su vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ Bụi sinh ra đợc lọc qua các ống tay áo lọc bụi.
* Đá sét và silicat: cũng giống nh đá vôi, đá sét có kích thớc CaO + CO2 Nhiệt độ tạm thời chỉ vợt quá nhiệt độ cân bằng điển hình 850 0 c - 900 0 c, ở nhiệt độ thấp này than khó cháy hết nhanh, để than ở đây cháy nhanh thì bột than cần mịn hơn hoặc cần tạo ra một khu vực có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cân bằng Đây chính là lý do tại sao đốt ở canciner dễ bị sự cố hơn ở lò nung ở lò nung thờng đợc trang bị với vòi đốt nhiều kênh, hiện đại để dễ điều chỉnh ngọn lửa, ít sự cố, trong lò nhiệt độ nung cao than dễ cháy hết nh mong muốn.
Dầu đợc dự trữ trong các bể chứa và đợc bơm tới các bể tiếp liệu, đợc bơm với áp lực cao tới tháp trao đổi nhiệt và trạm vòi đốt đến các vòi đốt
Nhiệt hâm sấy dầu có thể thực hiện bằng: hơi nớc, điện, và truyền nhiệt thông qua dầu Khi xử lý dầu không cần đề phòng đặc biệt vì điểm bốc cháy của nó cao tới
110 0 c, tuy nhiên nhiệt độ sấy không đợc quá cao Khi đốt dầu cần phải xử lý nh sau :
Làm nóng tới nhiệt độ không đổi và độ nhớt mong muèn.
Tạo áp lực cần thiết để phun mù.
Điều chỉnh lu lợng dầu thích hợp cho vòi đốt
Chỉnh góc phun dầu thích hợp.
Bản chất của quá trình phối liệu
1.3.1 Tỷ lệ của thành phần bột liệu
1 Thành phần hoá học của clinker.
Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lợng clinker, nó gồm 4 ôxit chính:
1) CaO: chiếm (63 - 67)% Là ôxit quan trọng nhất Để xi măng có chất lợng cao CaO phải liên kết với các ôxit Mỏ đá vôi
Má sili cat sét & đá
K h o đ á v ô i K h o đ á sé t v à si li cá t Băn g tải
Nghi Òn t hô mil aw R l
Sil o đồng nhấ t n silo tio n iza oze Hem
Thá p t rao đổi nhi ệt er ow er t heat Pre
Làm nguéi c linke r ler oo nker c Cli
Máy đập thạ ch cao
Ch o er cal xin o lò Ch
Nghi Òn t inh mil Ball l
H×n h 1.1: Sơ đồ côn g ngh ệ sản xuÊ t x i m¨ ng
Thạ ch cao Đá Baza l
Cân băng đinh l ợng Cân băng đinh l ợng
Kho tổng hợp ng Quặ sắt ( pir it )
Thạ ch m) cao psu ( gy
Sil ic at Đá vôi ng Quặ sắt Phô gia
Băng tải khác Lợng CaO tự do còn lại ở dạng quá lửa làm cho đá xi măng không ổn định thể tích gây hại.
Lợng CaO liên kết lớn - xi măng có cờng độ cao. Đóng rắn nhanh, khi đóng rắn toả nhiệt nhiều, không bền hoá.
2) SiO2: chiếm (21- 24)% Liên kết với CaO tạo khoáng SLC, các khoáng này có khả năng đóng rắn SiO2 tự do không ảnh hởng gì đến chất lợng xi măng Lợng SiO2 liên kết lớn xi măng có cờng độ sau 28 ngày lớn, đóng rắn chậm, toả nhiệt nhỏ khi đóng rắn, bền hoá hơn.
3) Al2O3: chiếm (4 - 8)% Liên kết với CaO tạo thành khoáng Aluminát và Alumô fezit can xi Al2O3 liên kết lớn
- xi măng có cờng độ phát triển lúc đầu cao sau chậm, thời gian đóng rắn nhanh, toả nhiệt nhiều khi đóng rắn, kém bền hoá.
4) Fe2O3: chiếm (2.5-5)% Liên kết với CaO tạo fezit canxi Fe2O3 lớn nhiệt độ kết khối của phối liệu giảm, độ nhớt pha lỏng nhỏ dễ tạo khoáng trong clinker Nếu
Fe2O3 quá lớn xi măng có tỷ trọng cao, cờng độ thấp, đóng rắn chậm, toả nhiệt thấp, bền hoá.
5) MgO (< 5%): Khi MgO > 5% làm xi măng không ổn định thể tích khi đóng rắn vì nó ở dạng dung dịch rắn, thuû tinh, periclaz.
6) Kiềm: chiếm (0.1-1)% Là thành phần không mong muốn vì nó làm giảm độ nhớt pha lỏng, tăng dính bết, thay đổi tốc độ đóng rắn xi măng, tạo những vết loang trên cấu trúc Tác dụng với SiO2 tạo gel silicát kiềm có thể tích lớn gây mất ổn định, không bền nớc.
Ngoài ra còn có các ôxit khác nh TiO2, Mn2O3, P2O5,…có ảnh hởng nhỏ, không đáng kể đến chất lợng xi măng.
2 Thành phần khoáng của Clinker xi măng poocl¨ng.
1) Alít: chiếm (45-65)% Là khoáng quan trọng nhất, là dung dịch rắn của C3S (3CaO.SiO2) có tan lẫn (24)% các ôxit khác Alít (C3S) tạo thành ở nhiệt độ 1250 0 c:
Và chủ yếu tạo thành khi có mặt pha lỏng Nó bền ở nhiệt độ 1250 0 C - 1900 0 C Khi nhiệt độ < 1250 0 C thì C3S = C + C2S.
Sự biến đổi này phụ thuộc vào chế độ làm lạnh và sự có mặt các hợp chất hoà tan trong C3S
Tính chất của Alít trong xi măng:
Cho xi măng có cờng độ cao nhất sau 28 ngày
Thời gian đông kết nhanh, đóng rắn nhanh
Toả nhiệt nhiều khi đóng rắn
Không bền trong môi trờng sulfat
2) Belít: chiếm (10-30)% Là dung dịch rắn của C2S (2CaO.SiO2) có tan lẫn (1-3)% các ôxit khác C2S có nhiều dạng thù hình αC2S, βC2S, γC2S Nhng chỉ có dạng βC2S là chất có tính kết dính dạng mong muốn có.
Tính chất của Belít trong xi măng:
Thời gian đông kết chậm
Toả nhiệt ít khi đóng rắn
Bền trong môi trờng sulfat
3) Aluminát canxi: chiếm (5-15)% Là dung dịch rắn của
C3A (CaO.3Al2O3) có tan lẫn (1-2)% CaO,v.v Tuỳ theo lợng CaO, T 0 , và chế độ làm lạnh clinker mà Aluminát canxi có thể ở dạng C3A, C5A3 Trong clinker xi măng pooclăng chủ yếu là C3A.
Tính chất của Aluminát canxi trong xi măng:
Cho xi măng có cờng độ phát triển nhanh nh- ng sau chËm
Thời gian đông kết nhanh nhất
Toả nhiệt nhiều khi đóng rắn
Không bền trong môi trờng sulfat
4) Celít: chiếm (5-12)% Là dung dịch rắn của C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3) có các phần khác nhau phụ thuộc vào phối liệu và điều kiện nung luyện: C8A3F, C4AF, C2AF,… Chủ yếu là C4AF.
Cho xi măng có cờng độ thấp nhất
Thời gian đông kết chậm
Toả nhiệt ít nhất khi đóng rắn
Bền trong môi trờng sulfat
5) Pha thuû tinh trong Clinker.
Do C3A, C4AF ở nhiệt độ cao -> lỏng -> làm lạnh -> thuû tinh
Pha thuỷ tinh có lẫn MgO và các tạp chất khác
Tuỳ chế độ làm lạnh mà pha thuỷ tinh nhiều hay Ýt
Pha thuỷ tinh nhiều, xi măng khi đóng rắn toả nhiệt nhiều
1.3.2 Chuẩn bị và hỗn hợp nguyên liệu
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất xi măng là đá vôi và đá sét, ngoài ra còn có một số nguyên liệu phụ bổ sung nh xỉ sắt, boxit, cát,v.v.
1) Đá vôi: đợc khai thác bằng khoan nổ mìn vận chuyển tới máy đập đá vôi Sau khi đợc đập nhỏ trong máy đập, kích thớc đá vào D = 1,2m giảm còn d=(25-70)mm, độ ẩm
~1%, đá đợc vận chuyển tới kho đồng nhất sơ bộ, đợc máy đánh đống rải đồng nhất Máy đập đá vôi là loại máy đập xung lực làm việc với năng suất 750 tấn/h
2) Đá sét: thờng đợc khai thác bằng máy xúc, ủi, đợc vận chuyển tới máy cán sét Trong công nghiệp xi măng thờng dùng máy cán 2 trục có răng làm việc với năng suất 200 tấn/h với vật liệu vào có kích thớc Dmax = 800 mm, độ ẩm Wmax =(25-30)%, kích thớc liệu ra dmax = 70 mm sau đó vật liệu đợc vận chuyển tới kho đồng nhất sơ bộ.
3) Các chất phụ gia: nh đá bazan, thạch cao, đá đen, đá cao silíc, boxit, lợng ít hơn thờng đợc khai thác vận chuyển riêng tới nhà máy và đợc chứa vào các kho, két riêng.
Các nguyên liệu đá vôi, đá sét đợc cầu xúc cấp liệu lên các két chứa riêng, và chúng đợc định lợng theo tỷ lệ tính toán phối liệu và cấp vào máy nghiền Sau khi nghiền, bột liệu phải đạt tiêu chuẩn về thành phần, độ mịn, độ ẩm Bột liệu đợc đồng nhất trong các silo đồng
16 nhất Có nhiều phơng pháp đồng nhất, ngời ta đánh giá mức độ đồng nhất qua sự dao động giữa hàm lợng CaCO3 của vật liệu đầu vào và vật liệu đầu ra.
Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lợng .17 2.1 Giới thiệu về hệ thống cân băng định lợng
Nguyên lý hoạt động
Hệ thống cân băng đợc thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật rắn Vật liệu rắn đợc tháo ra từ các silô.
Bề dầy của vật liệu trên băng tải thờng đợc trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi Lu lợng vật liệu có thể đạt đợc thông qua việc điều chỉnh tốc độ của băng tải.
Nguyên lý: Động cơ quay kéo theo hộp giảm tốc làm quay băng tải hoạt động đa nhiên liệu xuống băng tải để vào máy nghiền Liệu sẽ tác động lên tế bào cân và tín hiệu từ tế bào cân sẽ đa vào tủ điện phòng điều khiển Tại đây nhờ bộ biến tần điều khiển tốc độ quay băng tải theo giá trị cần thiết.
Hệ thống định lợng đợc điều khiển nhờ PLC đợc sử dụng ở nhà máy xi măng bao gồm 4 băng cân giống nhau để cân 4 loại liệu: đá vôi, đá sét, đá bazan và quặng sắt Mỗi băng tải cân đợc lắp các đầu cân điện tử để đo trọng lợng m (loadcell) trên băng và có đầu đo tốc độ để đo vận tốc dài của băng Vì băng tải cân ngắn, tốc độ từ động cơ đến băng tải truyền qua hộp số cứng nên tốc độ băng tải đợc đo thông qua tốc độ động cơ Các tín hiệu m và v đợc đa vào máy tính thông qua bộ chuyển đổi A/D và máy tính sẽ tính năng suất thực của cân Qt = m.v và so sánh với giá trị định mức Qđ của chúng Từ đó đa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển động cơ thông qua các bộ biến tần nhằm đảm bảo duy trì ổn định các thông số trên theo giá trị đặt trớc.
Nh vậy để đo lu lợng vận chuyển trên băng tải phải đo đợc hai thông số: tốc độ chuyển động của băng tải và mật độ liệu Trong quá trình sản xuất khi mà lợng liệu trên băng tải ít, để nhận biết điều này nhờ cảm biến trọng lợng loadcell tác động, cùng với tín hiệu từ cảm biến tốc độ chuyển động của động cơ (băng tải) đợc Encoder đa về bộ xử lý trung tâm và so sánh với lợng định mức để đa tín hiệu mở van xả liệu Nếu mở van xả liệu mà vẫn cha đạt yêu cầu thì phải kết hợp điều chỉnh tốc độ băng tải Chỉ thị tốc độ
Cơ cấu ®iÒu khiÓn 1 §éng cơ
BiÕn tÇn CC§K2 §iÒu chỉnh
Máy tÝnh ®iÒu khiÓn Cảm biến trọng l ợng
Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải
20 Đá vôi Đá sét Đá Bazan
Hình 2.2 :Hình ảnh hệ thống cân băng định lợng
Cân băng đợc thiết kế để cân liên tục lợng vật liệu vận chuyển trên băng tải Vật liệu đợc dẫn trên một sàn bố trí dới băng tải và đợc giới hạn bởi hai con lăn.
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đo lờng của hệ thống cân băng định lợng
Từ silô chứa, liệu đợc đa xuống băng tải cân qua phễu liệu đổ xuống băng tải cân vận chuyển theo phơng ngang để vận chuyển liệu vào máy nghiền Nhờ các cảm biến ta xác định đợc khối lợng m và tốc độ v của băng tải sau đó các tín hiệu này đợc khuếch đại và đa về bộ chuyển đổi t- ơng tự – số để đa vào máy tính Máy tính sẽ tính năng suất thực của các cân, so sánh với năng suất định mức của chúng và từ đó đa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển thông qua các biến tần Nhằm mục đích điều khiển tốc độ hợp lý giữa các băng tải cân sao cho sai số giữa giá trị thực và giá trị định mức là nhỏ nhất nên trong hệ thống cân định lợng ngời ta sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC. Trong quá trình hoạt động tốc độ của băng tải đợc điều chỉnh bởi động cơ thông qua bộ biến tần Với mỗi yêu cầu sản xuất khác nhau thì cân băng tải lại đợc cân chỉnh sao cho phù hợp.
Bộ điều chỉnh DISOCONT
DISOCONT là một hệ thống modul điện tử dùng để trang bị trong hệ thống cân, đo lờng của hệ thống cấp liệu Khi liệu đợc cấp là chất rắn và để cân đo lợng liệu một cách liên tục thì DISOCONT có ứng dụng tối u nhất.
DISOCONT đợc trang bị với một modul truyền thông thích hợp tối u trong cấu trúc tự động hóa thông qua fieldbus
DISOCONT sử dụng cho tất cả các phép đo lờng và các hàm điều khiển; đợc trang bị với các cổng dịch vụ phục vụ cho việc kết nối của máy tính hay bộ phận điều khiển
Truyền thông Fieldbus với những môđun vào/ra trong hệ thống cho phép truyền tất cả các dữ liệu đến nơi điều khiển Các môđun vào/ra đợc kết nối qua hệ thống truyền thông đa đến hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển xử lý các thông tin của dữ liệu, qua bộ chuyển đổi tơng tự số A/D tín hiệu số đợc truyền đến PLC để điều khiển cơ cấu chấp hành.
Bộ phận điều khiển hiển thị rõ trên màn hình với các tham số, đồ thị điều khiển hoặc các tham số đãng ABB đợc chuẩn hóa và các thông số cài đặt
- Yêu cầu cấu hình PC :
+ CPU: Pentium + Bé nhí: 16Mbyte cho Windows 95, 24 MB cho Windows NT
+ Dung lợng bộ nhớ : 50MB + Màn hình: VGA, 32768 màu + Hệ điều hành Windows 95 hoặc Windows NT 4.0
Hệ thống DISOCONT có thể giám sát chặt chẽ quá trình làm việc của hệ thống cân băng nh tốc độ cấp liệu thực tế (T/h), lợng liệu đợc cấp trong một đơn vị thời gian.
Từ những tín hiệu phản hồi về lấy từ cơ cấu chấp hành,DISOCONT có chức năng khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu,hiển thị, truyền tín hiệu về bộ điều khiển xử lý đồng thời nhận tín hiệu điều khiển, chuyển đổi tín hiệu để đa đến cơ cÊu ®iÒu khiÓn.
EXTENSION - UNIT DRIVE 3 DRIVE VESION 1
FAULT RELLEASE SPEED SE POINT
LOCAL MODE ACTIVE FAULT RELEASE
DISOCONT gồm có các bộ phận VSE, bộ phận điều khiển đợc sử dụng cho thao tác trực tiếp VLB, bộ phận cục bộ VLG,và bộ VEA là môđun vào/ra bổ sung thêm số lợng đầu vào cho hệ thống Các bộ phận này đợc kết nối với nhau qua hệ thống fieldbus để tạo thành một vòng khép kín tối u hóa cho quá trình làm việc một hệ thống.
2.1.2.1 Bé ®iÒu khiÓn côc bé VLG 20110:
Bộ điều khiển cục bộ VLG 20110 là bộ điều khiển phục vụ cho thao tác làm việc tại chỗ của ngời trực tiếp vận hành ở đó, nó đợc gắn một bên cân băng định lợng. Đây là bộ điều khiển có thể điều chỉnh trực tiếp bằng tay, nó phục vụ cho quá trình điều chỉnh tốc độ băng tải khi có trờng hợp khẩn cấp mà các bộ điều khiển khác bị sự cố, bộ phận này gồm năm nút có tác dụng điều khiển tốc độ động cơ kéo băng tải và độ mở của van xả liệu.
- Khoá chuyển đổi S1 cho chúng ta lựa chọn cách thức làm việc Local/Remote (tại chỗ/từ xa).
- Khoá chuyển đổi R1: Điều khiển tốc độ động cơ truyền động.
- Khoá chuyển đổi S2 S4 :Là những khoá điều khiển các bộ phận phụ.
LOCAL BUS COM O.K TX RX CTS RTS
TX OVD CTS RTS TX RX OVD CTS RTS
Hình 2.4: Sơ đồ bộ điều khiển cục bộ VLG 20110
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển cục bộ VLG 20110:
2.1.2.2 Khèi VSE 20100: Đây là một bộ phận thực hiện toàn bộ nhiệm vụ cần thiết của bộ điều khiển đo lờng Khối VSE đợc cài đặt một thẻ nhớ VSM và tất cả các thông số đợc lu giữ tại thẻ nhớ này Thẻ nhớ VSM có chức năng lu giữ thông tin, truyền về bộ điều khiển lập trình PLC xử lý, đồng thời cũng là nơi thu nhận thông tin điều khiển từ PLC truyền về để làm nhiệm vụ điều khiển các cơ cấu chấp hành
Hình 2.5: Sơ đồ điều khiển khối VSE 20100
*Modul hệ thống DC-1 (P/N VSE 20100):
Modul thu nhận và điều khiển dữ liệu (CPU)
Những đặc tính bao gồm:
+ Nguồn điện cung cấp: 24 VDC hoặc 230VAC
+ Load Cell: Điên trở của Load Cell
+ Kết nối với Load Cell: Cáp thờng
+ Nguồn điện Load Cell: 12VAC
+ Chuyển đổi tơng tự I/O: Giá trị đầu ra là 4 - 20mA
+ Các đầu ra số: 24 - 230VAC
+ Truyền thông Fielbus: Profibus, DeviceNet, Modbus, Ethemet
Là bộ điều khiển đợc sử dụng cho việc giám sát hoạt động của bộ DISOCONT Đây là bộ điều khiển đợc sử dụng trực tiếp thay cho điều khiển bằng máy tính
H×nh 2.6: Bé ®iÒu khiÓn VLB20120 VLB gồm một màn hình LCD hiển thị tất cả các thông tin cần thiết của quá trình đo lờng và điều khiển, tín hiệu đợc xử lý và hiển thị ra đèn LED 7 đoạn trên màn hình Một bàn phím điều khiển gồm có các phím chức năng nhằm phục vụ cho việc dò tìm và thay đổi giá trị khối l- ợng cài đặt của nhà máy nh: trọng lợng Max, độ sai số cho phép Đây vừa là nơi cho ta thấy đợc kết quả trên màn hình, qua đó giám sát đợc quá trình hoạt động của hệ thống cân băng.
+5DV DVD +5V - CFL OV - CFL
V- CAN L DV - SH CAN H V+ 15 - pole Sub - D
Hình 2.7 : Sơ đồ bộ điều khiển VLB 20120:
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật b i u khi n VLB 20120ộ điều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ển VLB 20120
Bộ cấp điện DC (Một chiÒu)
Bộ cấp điện AV (Xoay chiÒu)
Phạm vi nhiệt độ làm việc
Phạm vi nhiệt độ bảo vệ
* Đặt địa chỉ thanh dẫn cục bộ: Địa chỉ cài đặt qua phần mềm.
Thanh dẫn cục bộ đợc đặt điện trở cuối nhằm triệt tiêu tín hiệu phản xạ tránh hiện tợng xung đột tín hiệu.
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ
Cách ly Bộ cách ly quang
Tốc độ bod 125kBit/s 500kBit/s
Nguồn cung cấp 24V DC, 250mA
Tình trạng LED báo truyền thông làm việc Đầu nối Khoảng cách 3.5mm, max
Các thông số kỹ thuật
Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chung
Nguồn cung cấp một chiÒu
Nguồn cung cấp xoay chiÒu
Nguồn dùng cho cầu ch×
16A thiết bị dây chảy, kiểu C, DIN60898
Phạm vi nhiệt độ làm việc
Phạm vi nhiệt độ bảo vệ
-25 o C 75 o C Đầu ra điện áp (của
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của Loadcell Nguồn điện áp kích thÝch L/C
+/- 6V AC Độ nhạy của L/C 1 3 mV/V
Khoảng cách tối đa của cáp
500m Độ phân giải 24 bit Đầu nối Khoảng cách 3.5mm, tối đa
2) Đầu vào và đầu ra nhị phân
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật của đầu vào nhị phân
Bộ kiểm tra Phím tắt
Nguồn vào điện áp lín nhÊt
Trở kháng vào 5k Đầu nối Khoảng cách 3.5mm, tối đa
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của đ u ra nh phõầu ra nhị phõ ị phõ n:
Cách ly Bộ cách ly quang Điện áp 24V 250V=/~
Sự chuyển mạch DC:50 250W( phụ thuộc vào điện áp) 240W víi 30VDC.
AC:2000VA max. Đầu nối Khoảng cách 5mm
3) Đầu vào và đầu ra tơng tự
Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật đầu vào tơng tự
Dòng đầu vào 0/4mA 20mA /50 Điện áp đầu vào 0 - 10V/100k
Tốc độ cập nhật 100ms Đầu nối Khoảng cách 5mm
Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật đ u ra tầu ra nhị phõ ương tự : ng t : ự :
Giá tri đầu ra 0/4mA 20mA (max.11V)
Cách ly Bộ cách ly quang
Tốc độ cập nhật 100ms Đầu nối Khoảng cách 5mm
Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật của giao tiếp RS – 232
Cách ly Bộ cách ly quang
Nguồn cung cấp tải 24V DC, 40mA
Tình trạng LED báo truyền thông làm việc Đầu nối Khoảng cách 5mm
5) Thanh dÉn côc bé (Local Bus):
Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ
Tốc độ bod 300Bd 115kBd Đầu nối Khoảng cách 5mm
6) Xây dựng công thức tính toán.
Chỉ một nửa trọng tải của vật liệu đợc con lăn cân.
Sàn con lăn đợc tính:
Leff: là chiều dài hiệu dụng sàn (m)
Lg: tổng chiều dài sàn (m)
Tải trọng băng tải đợc tính: leff
Q – tải trọng băng tải (kg/m).
Qb – tải trọng trên sàn (kg).
- Giá trị đo quan trọng khác là tốc độ băng tải yêu cầu bởi bộ chuyển đổi và chuyển đổi theo tần số xung.
- Việc sử dụng tải trọng và tốc độ băng tải để tính toán cấp độ cấp liệu, đợc tính theo công thức: leff v v Q Q
Trong đó: I - Tốc độ cấp liệu (lu lợng)
* Xây dựng công thức tính tốc độ băng tải từ bộEncoder:
Thời gian tính toán là t(ms), số xung đếm đợc là x Khi bánh xe quay đợc một số vòng thì số xung đếm đợc là y xung.
Suy ra: Với y xung thì bánh xe Encoder quay đợc là x/y
(vòng) tơng ứng với góc quay là: 2 y * x (rad).
Sau 1ms bánh xe Encoder quay đợc y x t
Tốc độ của bánh xe Encoder y x t
Vận tốc bánh xe Encoder bt ed bt V s m d y x t
Với d là đờng kính bánh xe Encoder (m).
Trong đó: n - tốc độ định mức của động cơ (v/ph). k - Tỷ số truyền của hộp số (thờng lấy k = 43).
Trong đó: D - đờng kính con lăn (m)
R = 1.4 m - chiều rộng của băng tải.
L = 2.5 m - chiều dài của băng tải. d = 0.1 m - đờng kính bánh xe Encoder.
* Chuẩn hoá vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vợt quá giá trị định mức một lợng: n
Suy ra vận tốc bánh xe Encoder:
* Tải trọng nền của băng tải: Qmax
* Tải trọng trên sàn: Qbmax max 2 max
* Chuẩn hoá tải trọng băng tải cho đầu vào Anolog: Đầu vào Anolog với dải giá trị dòng điện đợc chuẩn hoá từ 4 – 20mA khi qua bộ chuyển đổi AD tơng ứng với dải giá trị từ 0 đến 32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lợng:
Giới thiệu các thiết bị trong hệ thống cân băng định l- ợng
Hệ thống cân băng định lợng thực hiện định lợng liệu theo một tỷ lệ nhất định đòi hỏi độ chính xác, công việc này thực hiện đợc nhờ vào nhiều bộ phận cấu thành, mà trong đó bao gồm một số phần tử đo lờng, điều khiển và giám sát sau:
Máy tính đợc đặt tại phòng điều khiển trung tâm, có chức năng: cho phép kỹ thuật viên giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống để điều khiển quá trình, hiển thị báo cáo về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lờng dới dạng các trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, thu thập dữ liệu và đa vào lu trữ theo trang nhất định.
PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần để điều khiển tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền về lại cho máy tính xử lý.
Biến tần sử dụng phơng pháp điều khiển véctơ từ thông, thực hiện các lệnh điều khiển của máy tính thông qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC Biến tần cũng nhận tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện tính toán các thông số k của luật điều khiển PID nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến nhanh đến giá trị mong muốn.
* Động cơ điện xoay chiều ba pha: Động cơ này có nhiệm vụ chính là truyền chuyển động chính cho băng tải.
* Hép sè: Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với băng tải và các con lăn Nó gồm bộ phận truyền bánh răng hay trục vít để giảm số vòng quay và truyền công suất tới các cơ cấu chấp hành.
Cảm biến đóng vai trò quan trọng, là đầu vào của PLC, mục đích là cân trọng lợng liệu đợc vận chuyển và đo tốc độ của băng tải.
Trong cân băng tải ngời ta thờng sử dụng cảm biến trọng lợng loadcell và cảm biến vận tốc Encoder.
* Các bộ biến đổi ADC, DAC.
Là các thiết bị biến đổi tín hiệu tơng tự – số, số – t- ơng tự để giao tiếp giữa máy tính với đối tợng điều khiển.
Là thiết bị dùng để chuyển tín hiệu điện từ 4 đến 20 mA hoặc từ 0 đến 10V thành tín hiệu số.
2.3.1 Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của
Ta chọn biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens sử dụng để điều khiển và thay đổi tốc độ động cơ.
Hình 2.8: Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của
Thiết bị Micromaster Vector kiểu MM 440 đợc thiết kế kiểu module, có thể điều khiển bằng bàn phím gắn trên máy hoặc lựa chọn ghép nối với mạng Profibus qua Profibus module.
Bộ biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens có các đặc điểm sau:
- Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt.
- Điều khiển vector vòng kín ( Tốc độ/Moment).
- Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROFIBUS, DIVICE NET, CAN OPEN.
- Ba bộ tham số trong một nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt động khác nhau.
- Định mức theo tải Moment không đổi hoặc bơm, quạt.
- Dự trữ động năng để chống sụt áp.
- Tích hợp sẵn bộ bấm dùng điện trở cho các biến tần đến 75Kw.
- 4 tần số ngắt qu ng tránh cộng hãng ABB ởng lên động cơ hoặc lên máy.
- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay.
- Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC/KTY.
- Khối chức năng Logic tự do: AND,OR, định thời, đếm.
- Momen không đổi khi qua tốc độ 0.
* Sơ đồ khối biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440:
Hình 2.9: Sơ đồ khối của biến tần Micromaster vector kiểu
AIN1 AIN1 DIN1 DIN2 DIN3 DIN4
Hình 2.10: Sơ đồ đấu nối biến tần
2.3.1.2 Thông số kỹ thuật của biến tần Micromaster Vector kiÓu MM440.
Bảng 2.12 : Thông số kỹ thuật của biến tần Micromaster Vector kiểu MM440 Điện áp vào và công suÊt
CT VT 200V đến 240V 1 AC 10% 0.12 3KW 0.12 3
Tần số điện vào 47 đến 63 Hz
Tần số điện ra 0 đến 650 Hz
Hiệu suất chuyển đổi 96 đến 97%
Khả năng quá tải Quá dòng 1.5 dòng định mức trong 60 giây ở mỗi 300 giây hay 2 dòng định mức trong 3 giây ở mỗi 300 giây
Dòng điện vào khởi động
Thấp hơn dòng điện vào định mức
Tuyến tính V/f; bình phơng V/f; đa điểm V/f; điều khiển dòng từ thông FCC TÇn sè ®iÒu chÕ xung
2kHz đến 16kHz ( ở bớc 2 kHz)
Tần số cố định 15, tuỳ đặt
Dải tần số nhảy 4, tuỳ đặt Độ phân giải điểm đặt
10 bit analog 0.01Hz giao tiếp nối tiếp ( mạng)
0.01Hz digital Các đầu vào số 6 đầu vào số lập trình đợc, cách ly Có thể chuyển đổi PNP/ NPN Các đầu vào tơng tự 2*0 tới 10V, 0 tới 20mA và -10 tới +10V
*0 tới 10V và 0 tới 20 mA Các đầu ra rơ le 3, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A ( tải trở),
250VAC/2A ( tải cảm) Các đầu ra tơng tự 2, tuỳ chọn chức năng; 0 – 20mA
Cổng giao tiếp nối tiÕp
RS-485, vận hành với USS protocol Độ dài cáp động cơ - Không có kháng ra:
Max 50m (bọc kim) Max.100m (không có bọc kim)
Max.200m (bọc kim)Max.300m (không có bọc kim)
Tính tơng thích điện tõ
Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN
61 800-3 ( giới hạn theo chuẩn EN 55 011, class
H m ãng ABB H m DC, h m hợp phần ãng ABB ãng ABB
Dải nhiệt độ làm việc -10 0 C đến + 50 0 C
Nhiệt độ bảo quản -40 0 C đến + 70 0 C Độ ẩm 90% không đọng nớc Độ cao lắp đặt 1000m trên mực nớc biển
Các chức năng bảo vệ
Thấp áp, quá áp, qua tải, chạm đất, ngắn mạch, chống kẹt, I2t quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khoá tham số PIN Phù hợp theo các tiêu chuẩn CE mark
Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC, loại có lọc phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC
Kích thớc và tuỳ chọn
Cì vá (FS) Cao Réng S©u kg
Cảm biến là thiết bị thực hiện một quan hệ hàm đơn trị giữa hai đại lợng vật lí với một độ chính xác nhất định Là thiết bị chịu tác động của đại lợng cần đo m không có tính chất điện và cho ta một đặc trng mang bản chất điện (nh: điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng), ký hiệu là S Đặc trng điện s là hàm của đại lợng cần đo m.
Trong đó S là đại lợng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại lợng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lợng cần đo) Việc đo đạc S cho phép nhận biết giá trị của m.
Biểu thức S = f(m) là dạng lý thuyết của định luật vật lý biểu diễn hoạt động của cảm biến, đồng thời là dạng số biểu diễn sự phụ thuộc của nó vào cấu tạo, vào
38 vật liệu làm cảm biến, đôi khi cả vào môi trờng và chế độ sử dụng.
Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lợng đợc sử dụng phổ biến là loadcell Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng Lực cha biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lợng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực cha biết Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này:
Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở là một phơng tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tơng ứng trong điện trở Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu đợc một tín hiệu điện tỷ lệ với mức độ thay đổi của điện trở Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầu Wheatstone
Cầu Wheatstone là mạch đo đợc chọn dùng nhiều nhất cho việc đo những biến thiên điện trở nhỏ (tối đa là 10%), chẳng hạn nh việc dùng các miếng đo biến dạng. Phần lớn các thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trờng đều không ít thì nhiều dùng phiên bản của cầu Wheatstone đãng ABB đợc sàng lọc Nh vậy, việc tìm hiểu nguyên lý cơ bản của loại mạch này là một điều cần thiết
Cho một mạch gồm bốn điện trở giống nhau R1, R2, R3, R4 tạo thành cầu Wheatstone nh trên hình trên Đối với cầu Wheatstone này, bỏ qua những số hạng bậc cao, hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là:
là biến đổi đơn vị của mỗi điện trở Ri
R là điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1, R2, R3, R4 (thờng là 350 ohms, nhng có thể là 750 ohms dành cho các bộ cảm biến ).
Giới thiệu hệ thống dcs tại nhà máy xi măng
Điều khiển phân tán
Để khắc phục sự phụ thuộc vào máy tính trung tâm và tính năng hoạt động của hệ thống trong cấu trúc phân quyền Mỗi quá trình con hay một nhóm quá trình con đợc điều khiển bởi một máy tính riêng cùng đợc đặt tại phòng ®iÒu khiÓn. Đặc điểm của một cấu trúc điều khiển phân tán là việc phân bố trí tuệ cũng nh chức năng theo bề rộng cũng nh theo bề sâu, kết hợp với việc sử dụng mạng truyền thông thay cho phơng pháp dùng dây nối và bảng điện cổ điển.
Bên cạnh giải pháp sử dụng các cụm vào ra tại chỗ và các thiết bị chấp hành thông minh, ngời ta còn đa ra các loại máy tính chấp hành nhỏ nh các bộ điều khiển chuyên dụng, vi điều khiển xuống các vị trí gần kề với quá trình kỹ thuật Sơ đồ tiêu biểu của một hệ thống điều khiển phân tán dùng giải pháp hỗn hợp nh hình 3.3.
Hình 3.3: Một số giải pháp tiêu biểu trong một hệ điều khiển phân tán
Trong cấu trúc này trung tâm điều khiển bao gồm các trạm kỹ thuật, trạm thao tác và trạm phục vụ. Trung tâm điều khiển dùng các máy tính điều khiển nh bộ điều khiển logic khả trình, các máy công nghiệp và các máy tính phối hợp nối lên trung tâm điều hành quá trình qua bus xử lý.
Tại các cấp gần các quá trình kỹ thuật bao gồm các bộ điều khiển tại chỗ nh các bộ vi điều khiển hay các bộ điều khiển gọn, các cụm vào ra tại chỗ, các thiết bị cảm biến và chấp hành đợc nối lên trung tâm điều khiển qua bus trờng nh profibus Trong thực tế tùy theo ứng dụng và quá trình mà cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán nêu trên có thể đơn giản hóa hoặc mở rộng hơn Nhìn chung tính u việt của một cấu trúc phân tán thể hiện ở nh÷ng ®iÓm sau :
- Tiết kiệm đợc dây nối và công nối dây nhờ mạng truyền thông.
- Hiệu suất cũng nh độ tin cậy tổng thể của hệ thống đợc nâng cao nhờ sự phân tán chức năng xuống cấp díi.
Máy tính ĐK Máy tính ĐK Máy tính phối hợp
Máy tính ĐK I/O I/O bus xử lý bus tr êng
- Độ linh hoạt cao, thể hiện tính năng mở trong việc mở rộng hệ thống, mua vào thay thế thiết bị, nâng cấp và tạo mới các chơng trình phần mềm ứng dụng. Chính vì các yêu cầu bức thiết ở phía ngời sử dụng phải đảm bảo tính năng kỹ thuật nhng phải giảm giá thành, cho nên sự chuyển hớng giải quyết trong hệ thống tự động sang cấu trúc phân tán là một quyết định hợp lý.
Hiện nay hầu hết các h ng nổi tiếng nhãng ABB ABB, Allen bredly, đ đãng ABB a vào hệ thống điều khiển có cấu trúc phân tán nh trên và các nhà sản xuất và hệ thống quan tâm đên các vấn đề sau:
- Chuẩn hoá ngôn ngữ lập trình, giao thức và giao diện.
- Các thuật toán giải pháp tích hợp hệ thống điều khiển và vận hành.
- Các phơng pháp phân tích thiết kế ứng dụng.
- ứng dụng các công nghệ phần mềm mới nhất cho điều khiển, giám sát, vận hành.
- Chọn giải pháp truyền cho công nghiệp
Do những u điểm vợt trội của điều khiển phân tán so với điều khiển tập trung và điều khiển phân quyền nên ta chọn hệ thống điều khiển phân tán DCS là hệ thống điều khiển giám sát trong nhà máy xi măng.
Giới thiệu hệ thống DCS
Hệ điều khiển phân tán DCS (Ditributed Control System) là một khái niệm xuất xứ từ các ngành công nghiệp chế biến, chỉ các hệ thống điều khiển quá trình tích hợp trọn vẹn của một nhà sản xuất Ngày nay khái niệm DCS đợc hiểu với nghĩa rộng hơn nhiều, để chỉ tất cả các hệ thống điều khiển tích hợp toàn diện có cấu trúc điều khiển phân tán Vì thế ứng dụng các hệ điều khiển phân tán không những phổ biến trong công nghiệp chế biến mà còn lan rộng sang các lĩnh vực khác Các hệ DCS
58 ngày nay chiếm khoảng 12% trong cả thị trờng tự động hãa. Điều khiển giám sát bao gồm toàn bộ các giải pháp hệ thống nhằm đảm bảo yêu cầu chức năng của quá trình kỹ thuật nh năng suất, chất lợng, an toàn cho con ngời, máy móc và môi trờng Mặc dù điều khiển và quan sát là hai nhiệm vụ khác nhau nhng chúng có mối quan hệ mật thiết với nhau Thực tế đòi hỏi điều khiển phải có giám sát và giám sát cũng trở nên vô nghĩa nếu không có điều khiển.
+ Giao diện ngời và máy (User Interface) với các giao tiếp đồ hoạ thân thiện nh sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím thao tác, thanh kéo,
+ Cơ sở hạ tầng truyền thông công nghiệp.
+ Phần mềm kết nối với các nguồn dữ liệu (drivers cho các PLC, các module vào ra, các hệ thống Bus trờng).
+ Cơ sở dữ liệu quá trình.
+ Các chức năng trao đổi tin tức (Messaging) và xử lý sù cè (Alarm).
3.2.2 Tổng quan về các hệ thống điều khiển phân tán DCS
Trong những năm gần đây, các h ng tự động trên thếãng ABB giới có nhiều nỗ lực trong việc phát triển thiết bị, kỹ thuật về mạng Mỗi h ng có thể đãng ABB a ra những giải pháp khác nhau nhng đều có xu hớng ngày càng thuận tiện hơn cho ngời thiết kế và quan trọng là có thể phối ghép nhiều thiết bị của nhiều nhà sản xuất trên cùng một hệ thống, giúp ngời thiết kế có quyền quyết định lớn hơn khi chọn thiết bị dựa trên so sánh về kỹ thuật và giá thành.Các giải pháp hệ thống (phần cứng và phần mềm) cho hệ thống giám sát, điều khiển một quá trình công nghệ hay một dây chuyền sản xuất không chỉ bao hàm ý “tự động hoá”, “ tin học hoá” các chức năng của hệ thống điều khiển mà còn đảm bảo tính “thân thiện hoá” cho ngời sử dụng điều hành Hơn nữa, điều khiển giám sát không chỉ hạn chế ngời sử dụng chỉ ở mức thao tác viên hay ngời điều hành xởng máy mà còn có thể mở rộng lên cấp quản lý Các hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed control system), đợc tích hợp với hệ thống điều hành sản xuất MES (Manufactoring execution system) và các hệ thống hoạch định tài nguyên công ty ERP (Enterprise resource planning) trong một công ty sản xuất công nghiệp. Để sắp xếp, phân loại chức năng tự động hoá của một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu ngời ta thờng dùng các mô hình phân cấp hình chóp
Càng những cấp dới các chức năng càng mang tính cơ bản đòi hỏi độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Ba tầng d- ới cùng thuộc phạm vi của hệ thống điều khiển quan sát và thu thập dữ liệu.
Mô hình phân cấp tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Trên thực tế, mô hình phân cấp có thể khác chút ít so với trình bày, tuỳ thuộc vào yêu cầu tự động hoá và hệ thống cụ thể Trong hệ thống nhà máy sản xuất lớn có thể chia nhỏ chức năng hơn
3.2.2.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống tự động hóa
Hình 3.4 : Mô hình phân cấp a) Cấp dới cùng là cấp chấp hành có chức năng chính là đo lờng, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu nếu cần thiết Thực Đánh giá vận hành,kế hoạch sx,bảo d ỡng máy và tối u hoá sx
Giám sát,hiển thị, vận hành, bảo đảm quá trình điều khiển, xử lý sự cố
Tính toán giá thành sản xuất, thống kê số liệu sản xuất, kinh doanh, xử lý đơn đặt hàng, kế hoạch tài nguyên Điều khiển, điều chỉnh, ghi chép t ờng trình Đo l ờng, truyền thông, chuyển đổi tín hiệu
60 tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) và các cơ cấu chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển cho việc đo l- ờng, truyền động đợc chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh còn có thể đảm nhận xử lý và chuẩn bị thông tin, trớc khi đa lên cấp trên là cấp điều khiển. b) Cấp điều khiển nhận thông tin từ tầng chấp hành, xử lý thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt kết quả xuống cơ cấu chấp hành Khi điều khiển còn ở mức thủ công, công việc này do ngời đứng máy thực hiện với sự trợ giúp của các thiết bị đo lờng và thực hiện công việc qua việc vặn van, bấm nút Ngày nay, với hệ điều khiển quan sát công việc này do máy tính đảm nhiệm Do đặc tính nổi bật của cấp điều khiển là khả năng xử lý thông tin nên khái niệm cấp xử lý (process level) cũng hay đợc sử dụng Tuy nhiên nó không còn đúng trong hệ thống hiện đại, bởi việc xử lý thông tin không chỉ độc quyền của cấp này.
Cấp điều khiển và cấp chấp hành hay đợc gọi chung là cấp trờng (field level) do việc đặt các bộ điều khiển, cảm biến và cơ cấu chấp hành ngay tại “hiện trờng”, gần kề hệ thèng kü thuËt. c) Cấp điều hành là cấp điều khiển và vận hành một quá trình kỹ thuật Khi đa số các chức năng nh đo lờng, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống đợc các cấp cơ sở thực hiện thì nhiệm vụ của cấp điều hành là hỗ trợ ngời sử dụng việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý tình huống bất thờng Trong một số tr- ờng hợp, cấp này còn thực hiện một số bài toán điều khiển cao cấp nh điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động, dừng và điều khiển theo công thức (chẳng hạn nh chế biến thực phẩm, hoá chất) Khác với cấp điều khiển, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều hành không đòi hỏi phơng tiện thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thờng (Máy tính cá nhân, máy chủ, máy trạm, terminal ) có giao diện mạng, gọi chung là máy tính điều hành Tuy nhiên, trong các hệ tự động hoá, khi loại bỏ các khâu không cần thiết,ranh giới giữa cấp điều hành quá trình và cấp điều khiển nhiều khi không rõ ràng, xu hớng là nhập hai cấp này thành một và gọi là cấp điều hành
Các giải pháp về một hệ DCS rất đa dạng về cấu trúc, nhng tựu chung có thể tổng quan một cấu trúc nh Hình3.5 Các biến thể của các cấu trúc này thờng xuất hiện trong thực tế do yêu cầu về sự phân bố chức năng điều khiển cũng nh sự phân bố vị trí các máy tính quá trình và phụ kiện đợc lựa chọn Có thể tạm chia thành ba loại gồm: Cấu trúc tập trung, cấu trúc phân quyền và cấu trúc phân tán Cấu trúc tập trung có các cảm biến và cơ cấu chấp hành nối trực tiếp tới máy tính điều khiển trung tâm qua các cổng vào ra của nó Cấu trúc phân quyền các tín hiệu gửi về và đi từ trung tâm điều khiển qua đờng bus, trung tâm điều khiển có thể có nhiều máy tính cùng phối hợp xử lý Nó còn có thể đợc gọi với tên hệ thống điều khiển phân tán Cấu trúc phân tán phân bố việc tính toán cũng nh chức năng theo bề rộng cũng nh theo chiều sâu kết hợp với việc sử dụng mạng truyền thông Bên cạnh việc sử dụng các cụm vào ra tại chỗ và các thiết bị chấp hành thông minh, ngời ta còn đa các máy tính điều chỉnh nhỏ nh các bộ điều chỉnh chuyên dụng, vi điều khiển xuống gần kề nơi thực hiện kỹ thuật.
Hình 3.5 : Cấu trúc chung của hệ thống DCS
3.3 Hệ thống điều khiển phân tán của hãng ABBng ABB
3.3.1 Tổ chức của hệ thống DCS của hãng ABB
Khoa học kỹ thuật ngày nay càng phát triển mạnh mẽ đặc biệt là các ngành kỹ thuật điện tử và công nghệ thông tin, do đó hiện nay hầu hết các nhà máy đều đợc đa vào sản xuất ở mức độ tự động hoá cao và có sự giúp đỡ của máy tính gọi là hệ thống sản xuất tích hợp máy tính CIM Thiết lập hệ thống sản xuất theo hớng thiết lập hệ thống phân phối DCS Tổ chức theo hệ thống CIM.
Hinh 3.6 : Cấu trúc phân cấp của hệ điều khiển tự động hoá Với loại mô hình này, các chức năng đợc phân thành nhiều cấp khác nhau từ dới lên trên nh hình 3.6 Càng cấp dới thì các chức năng càng mang tính cơ bản và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức năng ở cấp trên đợc thực hiện dựa trên các chức năng cấp dới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh nh cấp dới, nhng ngợc lại thông tin cần trao đổi và xử lý lớn hơn nhiều.
Mức 1 : là các thiết bị chấp hành
Mức 2 : là các bộ điều khiển điều chỉnh.
Mức 3 : là các máy tính cục bộ tham gia để lập chơng trình cho các bộ điều khiển của các quá trình con.
Mức 4 : là các máy tính trung tâm tham gia vào việc giám sát toàn bộ quá trình nhà máy.
Dựa trên cấu hình trên, các quan điểm của ABB thì hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất có phần khác so với truyền thông điều đó thể hiện hình 3.7.
Hệ điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất
Hệ điều khiển tự động
Hệ điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ
Các bộ điều khiển PLC,PID,CNC, BiÕn tÇn
Cơ cấu chấp hành: Động cơ, van, rơle
Tất cả các cấp này tớng ứng với phần xử lý khác nhau trong xí nghiệp Trong xí nghiệp hệ thống tự động hoá truyền thông đợc trang bị của các h ng khác nhau.ãng ABB
Trong hệ thống thông tin tích hợp tất cả các dữ liệu chung đều phải đợc truyền qua cổng giao tiếp Các cấp tự động hoá trong hệ thống gồm :
Phân tích thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống cân băng định lợng
Đặc điểm
Hiện nay nhu cầu về bộ điều khiển linh hoạt và có giá trị thấp đ thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điềuãng ABB khiển lập trình PLC (programmble lôgic control) Đây là hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình (PLC) đ đãng ABB ợc thiết kế nhằm thay thế phơng pháp điều khiển truyền thông dùng rơ le và thiết bị cồng kềnh, nó tạo khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản, ngoài ra PLC còn có thể thực hiện đợc những tác vụ khác nh bộ định thì, đếm làm tăng khả năng cho những hoạt động phức tạp.
Hình 4.1: Sơ đồ khối bên trong
Về phần cứng PLC tơng tự nh máy tính truyền thông và chúng có những đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.
Khả năng chống nhiễu tốt.
Cấu trúc dạng modun do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modun mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối đúng).
Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra đợc chuẩn hóa.
Ngôn ngữ lập trình chuyên dụng ladder, inotruction, funetionchat dễ hiểu và dễ sử dụng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC đợc sử dụng nhiều trong bộ điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.
Bé nhí chơng tr×nh
Bé nhí dữ liệu Đơn vị ®iÒu khiÓn
Mạch công suất và cơ cấu tác động Nguồn cung cấp
Cấu trúc phần cứng
PLC bao gồm ba khối chức năng cơ bản: bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và các cổng vào ra Trạng thái ngõ vào của PLC đợc phát hiện và lu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chơng trình, trạng thái ngõ ra đợc cập nhật và lu giữ vào bộ nhớ đệm, sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm đợc dùng để đóng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tơng ứng Nh vậy sự hoạt động của các thiết bị đợc điều khiển hoàn toàn tự động theo chơng trình trong bộ nhớ, chơng trình đợc nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Bộ đệm
Bộ nhớ chương tr×nh EEPROM
CPU bé vi xử lý
Bộ nhớ hệ thống ROM
Bộ nhớ dữ liệu RAM
Bus hệ thống vào/ra
Mạch cách ly Mạch chốt
Mạch cách ly Mạch giao tiếp
Kênh ngõ vào Kênh ngõ ra
Bộ nhớ chương tr×nh
Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC
4.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU Đây là bộ điều khiển và quản lý tất cả các hoạt động bên trong PLC, việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào ra đợc thực hiện thông qua hệ thống bus dới sự điều khiển của CPU, một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock (đồng hồ), tần số chuẩn cho CPU th- ờng là 1 hay 8 MHz còn tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý đợc sử dông.
4.2.2 Bộ nhớ và các bộ phận khác
Tất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau :
* ROM (Read Only Memory): đây là bộ nhớ đơn giản nhất (loại này chỉ đọc), nó gồm các thanh ghi, mỗi thanh ghi lu trữ một từ với một tín hiệu điều khiển, ta có thể đọc một từ ở bất kỳ một vị trí nào ROM là bộ nhớ không thay đổi đợc mà chỉ đợc nạp chơng trình một lần duy nhÊt.
* RAM (Random Access Memory): là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, đây là bộ nhớ thông dụng nhất để cất giữ ch- ơng trình và dữ liệu của ngời sử dụng Dữ liệu trong RAM có thể bị thay đổi khi mất điện Do đó điều này đợc giải quyết bằng cách nuôi RAM bằng một nguồn pin riêng.
* EEPROM (Electronic Erasable Progammable Read Only Memory): Đây là bộ nhớ mà nó kết hợp sự truy xuất linh hoạt của RAM và ROM trên cùng một khối, nội dung của nó có thể có thể xoá hoặc ghi lại bằng điện tuy nhiên cũng chỉ đợc vài lần.
Bộ nguồn cung cấp: Bộ nguồn cung cấp của PLC sử dụng hai loại điện áp AC hoặc DC, thông thờng dùng cấp điện áp 100V đến 240V và tần số 50/60Hz, những nguồn DC thì có giá trị 4V, 24V Nguồn nuôi cho bộ nhớ thờng là nguồn pin để mở rộng thời gian lu giữ các dữ liệu có trong bộ nhớ, nó tự chuyển sang trang thái tích cực nếu dung l- ợng tụ cạn kiệt và nó phải thay vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi.
* Cổng truyền thông: PLC luôn dùng cổng truyền thông để trao đổi dữ liệu chơng trình, các loại cổng truyền thông thờng dùng là RS 232, RS 432, RS 485 Tốc độ truyền thông tiêu chuẩn là 9600 baud.
* Dung lợng bộ nhớ: Đối với PLC loại nhỏ thì bộ nhớ có dung lợng cố định (thờng là 2K), dung lợng chỉ đủ đáp ứng khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp do giá thành bộ nhớ giảm liên tục do các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn hơn cho các sản phẩm của họ.
* Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong của PLC có mức điện áp 5V DC (điện áp cho TTL, CMOS) trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều, thờng là 24V
DC đến 240V DC với dòng lớn.
* Nh vậy khối vào ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử của PLC với mạch công suất bên ngoài, kích hoạt các cơ cấu tác động : Nó thực hiện sự chuyển đổi mức điện áp tín hiệu và cách ly Tuy nhiên khối vào ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ ( 2A) nên không cần các công suất trung gian hay rơle trung gian.
* Loại này ta có thể lựa chọn các thông số cho các ngõ vào/ra với các yêu cầu điều khiển cụ thể:
* Loại ngõ ra dùng rơle: có thể nối với cơ cấu tác động làm việc với điện áp DC hay AC, cách ly dạng cơ nên đáp ứng chậm Tuổi thọ phụ thuộc dòng tải qua rơle và tần số đóng tiếp điểm.
+ Ngõ vào: 24V DC; 110V AC hoặc 220V AC
+ Ngõ ra: Dạng rơle, transitor hay triac.
* Loại ngõ ra dùng triac: Kết nối đợc giữa cơ cấu tác động làm việc với điện áp AC hoặc DC có giá trị từ 5V đến 242V, chịu đợc dòng nhỏ hơn so với dùng rơle nhng tuổi thọ cao và tần số đóng mở lớn.
* Loại ngõ ra dùng transitor: Chỉ nối cơ cấu tác động làm việc với điện áp từ 5V đến 30V DC, tuổi thọ cao và tần số đóng mở lớn.
* Tất cả các ngõ vào/ra đều đợc cách ly quang trên các khối vào ra Mạch cách ly dùng một diốt phát quang và một transitor quang Mạch này cho phép tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn, hơn nữa mạch này có tác động chống nhiễu khi chuyển công tắc và bảo vệ quá áp từ nguồn điện cung cấp (có thể lên tới 1500V).
* Trên các PLC loại lớn thờng lập trình bằng cách dùng VDU (Visual Display Unit) với đầy đủ bàn phím, màn hình đợc nối với PLC thông qua cổng nối tiếp, thờng là RS
422, các VDU hỗ trợ rất tốt cho việc lập trình dạng ngôn ngữ LADDER kể cả chú thích trong môi tờng soạn thảo ch- ơng trình làm cho chơng trình dể đọc hơn Hiện nay máy vi tính đợc sử dụng rất phổ biến để lập trình cho PLC, vớiCPU xử lý nhanh, màn hình đồ hoạ chất lợng cao, bộ nhớ lớn và giá thành ngày càng hạ Máy vi tính rất lý tởng cho việc lập trình bằng ngôn ngữ ladder Ngoài ra bộ lập trình cầm tay thờng đợc sử dụng thuận tiện trong công tác sửa chữa, bảo trì.
Ngôn ngữ lập trình
Các lo i PLC thại loadcell do các hãng sản xuất khác ường A/D sử dụng là loại 16 bits hoặc cao hơn sẽ cho động có nhi u ngôn ng l p trình nh mều khiển VLB 20120 ữ liệu ật), Global Weighing (Hàn Quốc), ằm ph c v các ụng ụng điều khiển VLB 20120ốc),i tược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theong khác nhau PLC S7300 có 3 ngôn ngữ liệu l p trình c b n nh sau :ật), Global Weighing (Hàn Quốc), ơng tự : ản xuất khác ư
- Li t kê l nh (STL): ây là d ng ngôn ng thôngệt theo ệt theo điều khiển VLB 20120 ại loadcell do các hãng sản xuất khác ữ liệu thường A/D sử dụng là loại 16 bits hoặc cao hơn sẽ cho động c a máy M t chủa Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), ộ điều khiển VLB 20120 ương tự : ng trình điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc ghép b i nhi uở nên dễ dàng ều khiển VLB 20120 câu l nh theo m t thu t toán nh t ệt theo ộ điều khiển VLB 20120 ật), Global Weighing (Hàn Quốc), ất khác điều khiển VLB 20120ị phânh, m i l nh chi mỗi loại ệt theo ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo m t hàng và ộ điều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120ều khiển VLB 20120u có c u trúc chung là : tên l nh + thu tất khác ệt theo ật), Global Weighing (Hàn Quốc), toán.
- D ng hình thang(LAD): ây là d ng ngôn ng ại loadcell do các hãng sản xuất khác điều khiển VLB 20120 ại loadcell do các hãng sản xuất khác ữ liệu điều khiển VLB 20120ồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell và A/D Thông hoại loadcell do các hãng sản xuất khác thích h p v i ợc chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ điều khiển VLB 20120ốc),i tược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theong quen thi t k m ch i u khi nế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ại loadcell do các hãng sản xuất khác điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ển VLB 20120 logic
- D ng hình kh i (FBD): ây là d ng ngôn ng ại loadcell do các hãng sản xuất khác ốc), điều khiển VLB 20120 ại loadcell do các hãng sản xuất khác ữ liệu điều khiển VLB 20120ồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell và A/D Thông hoại loadcell do các hãng sản xuất khác thích h p v i ợc chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ điều khiển VLB 20120ốc),i tược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theong quen thi t k m ch i u khi n s ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ại loadcell do các hãng sản xuất khác điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ển VLB 20120 ốc),
M t chộ điều khiển VLB 20120 ương tự : ng trình vi t trên LAD ho c FBD có thế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ặc ển VLB 20120 chuy n sang d ng STL nh ng ngển VLB 20120 ại loadcell do các hãng sản xuất khác ư ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc l i thì không, trongại loadcell do các hãng sản xuất khác STL có nhi u l nh nh ng LAD và FBD không có Nh v y STLều khiển VLB 20120 ệt theo ư ư ật), Global Weighing (Hàn Quốc), là ngôn ng m nh nh t trong 3 lo i ngôn ng l p trìnhữ liệu ại loadcell do các hãng sản xuất khác ất khác ại loadcell do các hãng sản xuất khác ữ liệu ật), Global Weighing (Hàn Quốc), cho S7-300 i v i các ngành công nghi p ngôn ng Ladder l i Đốc), ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ệt theo ữ liệu ại loadcell do các hãng sản xuất khác c s d ng l p trình i u khi n. điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ử dụng ụng điều khiển VLB 20120ển VLB 20120 ật), Global Weighing (Hàn Quốc), điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ển VLB 20120
Giới thiệu về thiết bị khả trình S7 - 300
Thi t b i u khi n PLC S7-300 do hãng Siemens s n xu tế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ị phâ điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ển VLB 20120 ản xuất khác ất khác v i kích thới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ưới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộc nh , g n chúng có k t c u theo ki u cácỏ ọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tuỳ hãng sản ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ất khác ển VLB 20120 module điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc s p x p trên các thanh rack Trên m i rackắc khác ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ỗi loại ch có th gá ỉ thị khối lượng (đầu cân) có nhiều loại, do ển VLB 20120 điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc nhi u nh t 8 module m r ng (không kều khiển VLB 20120 ất khác ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ển VLB 20120 CPU, module ngu n nuôi) M t CPU S7-300 có th làm vi cồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell và A/D Thông ộ điều khiển VLB 20120 ển VLB 20120 ệt theo tr c ti p v i nhi u nh t 4 rack.ự : ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ều khiển VLB 20120 ất khác
Thông thờng để tăng tính mềm dẻo trong thực tế mà ở đó phần lớn các đối tợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu ra cũng nh chủng loại tín hiệu vào ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình Chúng đợc chia nhỏ thành các modul, số các modul đợc sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng có modul chính là modul CPU. Các modul còn lại là những modul nhận truyền tín hiệu với đối tợng điều khiển, các modul chuyên dụng nh PID, điều khiển động cơ, đợc gọi chung là modul mở rộng. Tất cả các modul đợc gắn trên những thanh Ray (Rack). Cấu hình của một trạm PLC S7 -300 nh sau:
Hình 4.3: Cấu hình một thanh rack của một trạm PLC S7- 300
Là lo i module có ch a b vi x lý, h i u hành, bại loadcell do các hãng sản xuất khác ức năng khác ộ điều khiển VLB 20120 ử dụng ệt theo điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ộ điều khiển VLB 20120 nh , các b th i gian, b ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ộ điều khiển VLB 20120 ờng A/D sử dụng là loại 16 bits hoặc cao hơn sẽ cho độ ộ điều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theom, c ng truy n thông (RS485)…ổi A/D, xử lý ều khiển VLB 20120 và có th có 1 vài c ng vào ra s Các c ng vào/ra s cóển VLB 20120 ổi A/D, xử lý ốc), ổi A/D, xử lý ốc), trên module CPU điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc g i là c ng vào/ra ọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tuỳ hãng sản ổi A/D, xử lý onboard.
Hình 4.3: Một số CPU của PLC S7-300.
PLC S7_300 có nhi u lo i module CPU khác nhau Chúngều khiển VLB 20120 ại loadcell do các hãng sản xuất khác c t tên theo b vi x lý có trong nó nh module điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo điều khiển VLB 20120ặc ộ điều khiển VLB 20120 ử dụng ư
CPU312, module CPU314, module CPU315…
Nh ng module cùng s d ng 1 lo i b vi x lý, nh ngữ liệu ử dụng ụng ại loadcell do các hãng sản xuất khác ộ điều khiển VLB 20120 ử dụng ư khác nhau v c ng vào/ra onboard c ng nh các kh iều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý ũng như cân động ư ốc), hàm điều khiển VLB 20120ặcc bi t ệt theo điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc tích h p s n trong th vi n c a h i uợc chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ẵn trong thư viện của hệ điều ư ệt theo ủa Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), ệt theo điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 hành ph c v vi c s d ng các c ng vào/ra onboard nàyụng ụng ệt theo ử dụng ụng ổi A/D, xử lý s ẽ cho độ điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc phân bi t v i nhau trong tên g i b ng thêm c mệt theo ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tuỳ hãng sản ằm ụng ch IFM (Intergrated Function Module) Ví d nh Moduleữ liệu ụng ưCPU312 IFM, Module CPU314 IFM…
Ngoài ra còn có các lo i module CPU v i 2 c ngại loadcell do các hãng sản xuất khác ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ổi A/D, xử lý truy n thông, trong ó c ng truy n thông th hai cóều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý ều khiển VLB 20120 ức năng khác ch c n ng chính là ph c v vi c n i m ng phân tán Cácức năng khác ăng khác ụng ụng ệt theo ốc), ại loadcell do các hãng sản xuất khác lo i module này phân bi t v i các lo i module khác b ngại loadcell do các hãng sản xuất khác ệt theo ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ại loadcell do các hãng sản xuất khác ằm c m t DP (Distributed Port) nh là module CPU315-DP.ụng ừng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác ư
Trong h th ng cân b ng ệt theo ốc), ăng khác điều khiển VLB 20120ị phânh lược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theong ta s d ng lo iử dụng ụng ại loadcell do các hãng sản xuất khác module CPU314C-2DP.
4.4.2.2 Module m r ngở rộng ột số loại Loadcell
Các module m r ng ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc chia thành 5 lo i chính:ại loadcell do các hãng sản xuất khác a) PS (Power supply): Module ngu n nuôi Có 3 lo i:2A,ồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell và A/D Thông ại loadcell do các hãng sản xuất khác 5A, 10A. b) SM (Signal module): Module m r ng c ng tín hi uở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý ệt theo vào/ra, bao g m: ồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell và A/D Thông
* DI (Digital input): Module m r ng các c ng vào s ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý ốc),
S các c ng vào s m r ng có th là 8, 16, 32 tu t ng lo iốc), ổi A/D, xử lý ốc), ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ển VLB 20120 ỳ hãng sản ừng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác ại loadcell do các hãng sản xuất khác module.
* DO (Digital output): Module m r ng các c ng ra s ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý ốc),
S các c ng ra s m r ng có th là 8, 16, 32 tu t ng lo iốc), ổi A/D, xử lý ốc), ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ển VLB 20120 ỳ hãng sản ừng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác ại loadcell do các hãng sản xuất khác module.
* DI/DO (Digital input/ Digital output): Module mở nên dễ dàng. r ng các c ng vào/ra s S các c ng vào/ra s m r ngộ điều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý ốc), ốc), ổi A/D, xử lý ốc), ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 có th là 8 vào/8 ra hoển VLB 20120 ặcc 16 vào/16 ra tu t ng lo iỳ hãng sản ừng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác ại loadcell do các hãng sản xuất khác module.
* AI (Analog input): Module m r ng các c ng vàoở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý tương tự : ng t S các c ng vào tự : ốc), ổi A/D, xử lý ương tự : ng t có th là 2, 4, 8 tuự : ển VLB 20120 ỳ hãng sản t ng lo i module.ừng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác ại loadcell do các hãng sản xuất khác
* AO (Analog output): Module m r ng các c ng raở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý tương tự : ng t S các c ng ra tự : ốc), ổi A/D, xử lý ương tự : ng t có th là 2, 4 tu t ngự : ển VLB 20120 ỳ hãng sản ừng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác lo i module.ại loadcell do các hãng sản xuất khác
* AI/AO (Analog input/ Analog output): Module mở nên dễ dàng. r ng các c ng vào/ra tộ điều khiển VLB 20120 ổi A/D, xử lý ương tự : ng t S các c ng vào/ra tự : ốc), ổi A/D, xử lý ương tự : ng t có thự : ển VLB 20120 là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tu ỳ hãng sản t ng lo iừng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác ại loadcell do các hãng sản xuất khác module. c) IM (Interface module): Module ghép n i, n i cácốc), ốc), module m r ng l i v i nhau thành 1 kh i và ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 ại loadcell do các hãng sản xuất khác ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ốc), điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc qu n lýản xuất khác chung b i 1 module CPU Thông thở nên dễ dàng ường A/D sử dụng là loại 16 bits hoặc cao hơn sẽ cho động các module mở nên dễ dàng. r ng ộ điều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc gá li n v i nhau trên 1 thanh ều khiển VLB 20120 ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ điều khiển VLB 20120ỡ gọi là ọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tuỳ hãng sản g i là rack.
Trên m i rack có th gán nhi u nh t là 8 module m r ngỗi loại ển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ất khác ở nên dễ dàng ộ điều khiển VLB 20120 (không k module CPU, module ngu n nuôi M t moduleển VLB 20120 ồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell và A/D Thông ộ điều khiển VLB 20120 CPU S7_300 có th làm vi c tr c ti p v i nhi u nh t 4 racksển VLB 20120 ệt theo ự : ế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ều khiển VLB 20120 ất khác và các racks này ph i ản xuất khác điều khiển VLB 20120ược chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theoc n i v i nhau b ng module IM.ốc), ới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ ằm d) FM (Function module): Module có ch c n ng i uức năng khác ăng khác điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 khi n riêng Ví d nhển VLB 20120 ụng ư module PID, module i u khi nđiều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ển VLB 20120 ng c b c… điều khiển VLB 20120ộ điều khiển VLB 20120 ơng tự : ưới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ
Chơng trình điều khiển
Lu đồ thuật toán Hoạt động ở chế độ tự động
4.5.2 Bảng phân công đầu vào/ đầu ra Đầu vào Đầu ra
I0.1 Khởi động hệ thống Q0.1 Băng tải 2
I0.2 Dừng hệ thống Q0.2 Băng tải 3
Chế độ hoạt động tự động
Nhập các thông số định l ợng: công suất = tấn/ h, % đá vôi, % đá sét,
% đá ba zan, % quặng sắt
Tính toán tốc độ đặt trên động cơ băng tải đá vôi, động cơ băng tải đá sét, động cơ băng tải đá bazan, động cơ băng tải quặng sắt
Giá trị cài đặt 1 Giá trị cài đặt 3 Giá trị cài đặt 4
Tính giá trị hồi tiếp 1
Tính giá trị hồi tiếp 2
Tính giá trị hồi tiếp 3
Tính giá trị hồi tiếp 4
Bộ so sánh 2 Bộ so sánh 3 Bộ so sánh 4
Van cÊp liệu 1 Van cấp Biến tần 2 liệu 2 Van cấp liệu 3 Biến tần 3 Van cấp liệu 4 Biến tần 4
Băng tải 2 Băng tải 3 Băng tải 4
I0.3 Khởi động băng tải 1 Q0.3 Băng tải 4
I0.4 Dừng băng tải 1 Q0.6 Tăng độ mở cửa van 1 I0.5 Khởi động băng tải 2 Q0.7 Giảm độ mở cửa van 1 I0.6 Dừng băng tải 2 Q1.0 Tăng tốc độ động cơ băng tải 1 I0.7 Khởi động băng tải 3 Q1.1 Tăng độ mở cửa van 2 I1.0 Khởi động băng tải 4 Q1.2 Giảm độ mở cửa van 2 I1.1 Dừng băng tải 3 Q1.3 Tăng tốc độ động cơ băng tải 2 I1.3 Dừng băng tải 4 Q1.4 Tăng độ mở cửa van 3 I1.5 Cảm biến cửa van 1 mở max
Q1.5 Giảm độ mở cửa van 3
I1.6 Cảm biến van 2 mở max
Q1.6 Tăng tốc độ động cơ băng tải 3 I1.7 Cảm biến van 3 mở max
Q2.0 Tăng độ mở cửa van 4
I2.0 Cảm biến van 4 mở max
Q2.1 Giảm độ mở cửa van 4
Q2.2 Tăng tốc độ động cơ băng tải 4
Sau gần 2 tháng nghiên cứu thực hiện đề tài với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn và đặc biệt dới sự hớng dẫn chỉ bảo tận tình của cô giáo Trần Thị
Kim Dung và cùng với sự nỗ lực của bản thân đến nay chúng em đ hoàn thành đầy đủ các công việc mà đề tàiãng ABB tốt nghiệp yêu cầu.
Trong quá trình làm đồ án cùng với việc tìm hiểu tài liệu kết hợp với việc đợc quan sát thực tế vận hành băng tải của hệ thống cân băng định lợng Qua đó củng cố đợc giữa lý thuyết và thực tế Thông qua đề tài này em đợc trang bị thêm kiến thức về cảm biến, trang bị điện, biến tần, PLC và ứng dụng thực tế của chúng trong các dây chuyền sản xuất hiện nay.
Với đề tài này chúng em đ hoàn thành đãng ABB ợc các công việc sau:
- Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng.
- Khái quát về thiết bị trong hệ thống băng cân băng định lợng sử dụng trong thực tế và lựa chọn loại cân băng định lợng thiết kế phù hợp với mục đích, yêu cầu công nghệ
- Nghiên cứu hệ thống DCS sử dụng trong nhà máy sản xuất xi măng.
- LËp tr×nh ®iÒu khiÓn cho PLC.
Trong thời gian này mặc dù đ cố gắng hết sức mình,ãng ABB song không tránh khỏi những thiếu sót Em mong nhận đ- ợc những góp ý xây dựng của các thầy, cô và các bạn để đồ án này đợc hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm
