Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm trộn bê tông sử dụng plc s7 – 1200

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH .9 Lời mở đầu 12 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG 13 1.1 Khái niệm 13 1.2 Khái niệm mác bê tông 13 1.3 Phân loại bê tông .13 1.3.1 Theo cường độ 13 1.3.2 Theo loại chất kết dính .14 1.3.3 Theo cốt liệu .14 1.3.4 Theo khối lượng thể tích 14 1.3.5 Theo phạm vi sử dụng 14 1.4 Các thành phần cốt liệu 15 1.4.1 Xi măng .15 1.4.2 Cát 15 1.4.3 Đá dăm .15 1.4.4 Nước 15 1.4.5 Các chất phụ gia .15 1.5 Tính chất đặc thù bê tơng 15 1.5.1 Cường độ bê tông 15 1.5.2 Tính giãn nở 17 1.5.3 Tính chống thấm .17 1.6 Q trình đơng cứng bê tông biện pháp bảo quản .17 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 18 2.1 Giới thiệu chung 18 Trang Đồ án tốt nghiệp 2.2 GVHD: Hồng Duy Khang Trạm trộn bê tơng xi măng 19 2.2.1 Giới thiệu 19 2.2.2 Phân loại 19 2.2.3 Cấu tạo chung trạm trộn bê tông xi măng 19 2.2.4 Nguyên lý hoạt động 23 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13 24 3.1 Khái quát chung PLC 24 3.1.1 Lịch sử hình thành 24 3.1.2 Các loại PLC thông dụng 24 3.1.3 Ngôn ngữ lập trình 25 3.1.4 Cấu trúc phương thức thực chương trình PLC 25 3.1.5 Ứng dụng PLC 27 3.2 PLC – S7 1200 27 3.2.1 Cấu trúc 27 3.2.2 Phân vùng nhớ .29 3.2.3 Tập lệnh S7 – 1200 30 3.2.4 Sơ đồ đấu dây 32 3.3 Phần mềm Tia – Portal v13 .33 3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP Basic 33 3.3.2 Các bước tạo project 34 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY .37 4.1 Đặt vấn đề .37 4.2 Hướng giải .37 4.3 Tính toán thiết kế mạch lực 37 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 4.3.1 Mạch lực động dẫn động buồng trộn 37 4.3.2 Mạch lực động kéo băng tải 38 4.3.3 Mạch lực động bơm nước 39 4.3.4 Mạch lực động vít tải xi măng .39 4.3.5 Mạch lực động máy nén khí 40 4.3.6 Tính chọn aptomat tổng 40 4.3.7 Tính chọn khởi động mềm 41 4.4 Tính tốn thiết kế mạch điều khiển 42 4.4.1 Mạch điều khiển động dẫn động buồng trộn .42 4.4.2 Mạch điều khiển động kéo băng tải .42 4.4.3 Mạch điều khiển động bơm nước 42 4.4.4 Mạch điều khiển động vít tải xi măng 42 4.4.5 Mạch điều khiển động máy nén khí .43 4.4.6 Tính chọn rơ le trung gian 43 4.5 Sơ đồ mạch động lực 44 4.6 Sơ đồ mạch điều khiển 46 4.7 Sơ đồ đấu dây 48 CHƯƠNG THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT .49 5.1 Xây dựng thuật toán điều khiển 51 5.1.1 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động hệ thống chế độ tự động .51 5.1.2 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động hệ thống chế độ tay 52 5.1.3 Sơ đồ khối cân đá .52 5.1.4 Sơ đồ khối cân cát 53 5.1.5 Sơ đồ khối cân nước 53 5.1.6 Sơ đồ khối cân xi măng 54 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 5.1.7 Sơ đồ khối cân phụ gia .54 5.1.8 Sơ đồ khối hoạt động băng tải 55 5.1.9 Sơ đồ khối hoạt động thùng trộn .56 5.1.10 Sơ đồ khối hoạt động van xả bê tông 57 5.2 Lập trình điều khiển cho PLC S7 – 1200 57 5.2.1 Xác định đầu vào/ra 57 5.2.2 Cấu hình phần cứng thiết bị .62 5.2.3 Giới thiệu khối hàm FC 64 5.2.4 Lập trình PLC – S7 1200 64 5.2.5 Các FC mô cảnh báo 86 5.3 Thiết kế giao diện điều khiển 96 5.3.1 Cấu hình thiết bị .96 5.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển hình 97 5.3.3 Thiết kế giao diện hình điều khiển chế độ tự động 97 5.3.4 Thiết kế giao diện hình điều khiển chế độ tay 98 5.3.5 Thiết kế giao diện hình cảnh báo .98 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .102 6.1 Download chương trình xuống PLC SIM .102 6.2 Màn hình .105 6.3 Chế độ tự động 106 6.3.1 Khu vực điều khiển 106 6.3.2 Khu vực mơ q trình 108 6.3.3 Khu vực thông báo, cảnh báo có lỗi xảy .108 6.3.4 Chạy thử 108 6.4 Chế độ tay 112 6.4.1 Khu vực bảng điều khiển 112 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 6.4.2 Khu vực mơ q trình 113 6.4.3 Chạy thử 113 CHƯƠNG KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN 117 7.1 Kết luận 117 7.1.1 Kết đạt 117 7.1.2 Điểm hạn chế 117 7.2 Hướng phát triển 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG Bảng 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích .14 Bảng Thành phần tỉ lệ cốt liệu theo mác bê tông 16 Bảng Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo mức nhiệt độ 17 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG Bảng Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu 20 Bảng 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu 20 Bảng Các phương pháp định lượng 21 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13 Bảng Một số loại PLC thông dụng 24 Bảng Một số CPU S7 - 1200 28 Bảng 3 Phân vùng nhớ .29 Bảng Tập lệnh xử lý bít 30 Bảng Tập lệnh Timer, Counter 30 Bảng Tập lệnh toán học .31 Bảng Tập lệnh di chuyển 32 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY Bảng Tính chọn khởi động mềm hãng ABB 41 Bảng Bảng địa sơ đồ đấu dây .49 CHƯƠNG THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT Bảng Bảng địa tín hiệu từ loadcell .57 Bảng Bảng địa tín hiệu input 57 Bảng Bảng địa tín hiệu output 58 Bảng Bảng địa biến phụ 59 Bảng 5 Bảng địa biến phụ mô chuyển động 61 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TƠNG Hình Trạm trộn bê tơng nhựa nóng 18 Hình 2 Trạm trộn bê tông xi măng 18 Hình Kết cấu thép 22 Hình Nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng 23 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13 Hình Sơ đồ khối PLC 25 Hình Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay 32 Hình 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay 33 Hình Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC 33 Hình Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V13 34 Hình Creat new project 34 Hình Đặt tên cho dự án 34 Hình Configure a device 35 Hình Add new device 35 Hình 10 Chọn loại CPU 36 Hình 11 Một project tạo 36 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY Hình Sơ đồ mạch động lực 44 Hình Sơ đồ mạch điều khiển 46 Hình Sơ đồ đấu dây 48 CHƯƠNG THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT Hình Sơ đồ tổng quan trình trộn bê tơng tự động .51 Hình Sơ đồ tổng quan q trình trộn bê tơng tay 52 Hình Sơ đồ khối trình cân đá 52 Hình Sơ đồ khối trình cân cát 53 Hình 5 Sơ đồ khối trình cân nước 53 Trang Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hồng Duy Khang Hình Sơ đồ khối trình cân xi măng .54 Hình Sơ đồ khối trình cân phụ gia 54 Hình Sơ đồ khối hoạt động băng tải 55 Hình Sơ đồ khối hoạt động thùng trộn 56 Hình 10 Sơ đồ khối hoạt động van xả bê tơng .57 Hình 11 Tổng quan phần cứng 62 Hình 12 PLC S7 – 1200 AC/DC/RL .62 Hình 13 Module mở rộng analog 63 Hình 14 Module mở rộng đầu vào 63 Hình 15 Module mở rộng đầu vào 64 Hình 16 Cấu hình thiết bị 96 Hình 17 Kết nối PLC Máy tính 96 Hình 18 Thiết kế giao diện hình 97 Hình 19 Thiết kế giao diện hình chế độ tự động 97 Hình 20 Thiết kế giao diện hình chế độ tay 98 Hình 21 Màn hình cảnh báo hồn thành q trình trộn 98 Hình 22 Màn hình cảnh báo trộn xong mẻ trộn .99 Hình 23 Màn hình báo lỗi nhập sai MAC bê tông 99 Hình 24 Màn hình báo lỗi chưa nhập số mẻ trộn 100 Hình 25 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian trộn khơ 100 Hình 26 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian trộn ướt 101 Hình 27 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian xả bê tông 101 CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Hình Start Simulation 102 Hình Start Simulation 102 Hình Start Simulation 103 Hình Mơ PLC 103 Hình Tải chương trình xuống PLC 104 Hình 6 Start Simulation 105 Hình Start Simulation 105 Hình Màn hình chế độ tự động .106 Trang 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hồng Duy Khang Kích vào biểu tượng “download to device” Một cửa sổ xuất hiện, chọn “Load” sau ấn “Finish” để download chương trình xuống PLC ảo vừa tạo Hình Tải chương trình xuống PLC Sau lần chỉnh sửa chương trình ta cần phải download lại chương trình để PLC cập nhật chương trình Trang 104 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hồng Duy Khang 6.2 Màn hình Từ giao diện thiết kế hình chính, ta nhấn chuột vào biểu tượng Start Simulation Hình 6 Start Simulation Sau phần mềm thực mô giao diện hiển thị điều khiển giám sát có hình thức sau: Hình Start Simulation Trang 105 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 6.3 Chế độ tự động Để thực q trình trộn bê tơng tự động, ta click chuột vào nút “AUTO” có màu xanh Giao diện điều khiển giám sát chế độ tự động hiển thị Hình Màn hình chế độ tự động Ở phía bên trái khu vực nhập thông số theo dõi thông số nguyên vật liệu thời điểm tức thời Khu vực bên phải nơi mơ q trình cân, xả trộn bê tông 6.3.1 Khu vực điều khiển 6.3.1.1 Hệ thống nút ấn điều khiển Hình Chức nút nhấn Trang 106 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 6.3.1.2 Hệ thống đèn báo Hình 10 Chức đèn báo 6.3.1.3 Hệ thống nhập hiển thị thơng số mẻ trộn Hình 11 Hệ thống nhập hiển thị số liệu Trang 107 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 6.3.2 Khu vực mơ q trình Hình 12 Màn hình trình chạy tự động 6.3.3 Khu vực thơng báo, cảnh báo có lỗi xảy Hình 13 Màn hình cảnh báo báo lỗi 6.3.4 Chạy thử Mác bê tông: 250 Số mẻ trộn: Trang 108 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Thời gian trộn khô: 15s Thời gian trộn ướt: 20s Thời gian xả bê tơng: 25s Hình 14 Màn hình sau nhập đầy đủ thơng số mẻ trộn Hình 15 Ấn nút “Start” Trang 109 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hồng Duy Khang Hình 16 Cân cốt liệu Hình 17 Thực trình trộn khơ Trang 110 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hồng Duy Khang Hình 18 Thực trình trộn ướt Hình 19 Thực q trình xả bê tơng Trang 111 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Hình 20 Hồn thành q trình trộn 6.4 Chế độ tay Khi hệ thống làm việc chế độ tay, đóng mở bật tắt van xả, máy bơm nguyên liệu thực tay thơng qua hình điều khiển thơng qua hệ thống nút nhấn, công tắc chuyển mạch bảng điều khiển vật lý 6.4.1 Khu vực bảng điều khiển Hình 21 Nút nhấn điều khiển chế độ tay Trang 112 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hồng Duy Khang 6.4.2 Khu vực mơ q trình Hình 22 Mơ q trình trộn điều khiển tay 6.4.3 Chạy thử Hình 23 Start Hand Trang 113 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Hình 24 Cân cốt liệu Hình 25 Cân đủ khối lượng Trang 114 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hồng Duy Khang Hình 26 Bật băng tải thùng trộn chạy Hình 27 Xả nguyên liệu vào thùng trộn Trang 115 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Hình 28 Xả bê tơng vào xe chở Trang 116 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang CHƯƠNG KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận 7.1.1 Kết đạt Đồ án chúng em hoàn thành với tiến độ đề ra, đáp ứng yêu cầu đặt nhiệm vụ thiết kế Trong trình nghiên cứu làm đồ án, chúng em đạt số kết quả: - Hiểu nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng Cách vận hành, giám sát điều khiển hệ thống trạm trộn - Nắm kiến thức PLC S7 – 1200 Một số module mở rộng S7 – 1200 - Biết sử dụng phần mềm TIA – Portal v13 để viết chương trình cho PLC, thiết kế giao diện, điều khiển giám sát hệ thống tự động - Hiểu nguyên lý hoạt động, cách kết nối thiết bị hệ thống tự động như: loadcell, cảm biến… 7.1.2 Điểm hạn chế - Do điều kiện khách quan, đồ án chúng em khơng xây dựng mơ hình thực tế mà thực mô phần mềm - Do chưa có kinh nghiệm nên vài chỗ cịn chưa tối ưu, thiếu tính khách quan 7.2 Hướng phát triển Với đầy đủ phần cứng thiết bị phụ trợ, chúng em xây dựng mơ hình thực tế, thể tính khách quan đề tài Giải vấn đề sai số mặt định lượng đo lường để áp dụng đề tài vào thực tế sản xuất Xây dựng sở liệu hồn chỉnh đầy đủ thơng số để quản lý trực tiếp dễ dàng máy tính Thực xây dựng chương trình kết nối với máy in để in hóa đơn thơng tin mẻ trộn sau hoàn thành mẻ trộn Trang 117 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề cương giảng “Điều khiển lập trình PLC”_Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội S7 – 1200 System Manual_SIEMENS Đề cương giảng “Khí cụ điện”_Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Giáo trình “Cơng nghệ bê tơng xi măng”_GS.TS Nguyễn Tấn Quý Giáo trình “Trang bị điện 1”_Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Giáo trình “Cung cấp điện”_TS Trần Quang Khánh Đề cương giảng “Đo lường cảm biến”_Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Giáo trình “Máy điện 1”_Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Trang 118