Giới thiệu tổng quan về hệ thống trộn bê tông tự động
Giới thiệu một số hệ thống và phương pháp trộn bê tông hiện nay
a Trộn bê tông thủ công (bằng tay)
Bê tông đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ vững chắc của công trình, vì vậy việc trộn bê tông đúng chuẩn là mối quan tâm lớn của nhiều chủ đầu tư Trộn bê tông bằng tay, một phương pháp truyền thống vẫn phổ biến hiện nay, được thực hiện trực tiếp tại công trình bằng các dụng cụ như máy trộn, xẻng hoặc cuốc Phương pháp này yêu cầu trộn xi măng, cát, sỏi và nước theo tỷ lệ nhất định để đảm bảo chất lượng Để thực hiện trộn bê tông bằng tay, cần có mặt bằng sạch sẽ và bằng phẳng.
Sử dụng các dụng cụ thủ công để chia tỷ lệ nguyên vật liệu rồi trộn cho đều.
Hình 1.1 Trộn bê tông bằng tay b Trộn bê tông bán tự động (bằng máy trộn)
Máy trộn bê tông là một phát minh giúp quá trình trộn bê tông trở nên nhanh chóng và hiệu quả hơn, đồng thời giảm bớt công sức lao động So với việc trộn bê tông bằng tay, máy trộn bê tông mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm chất lượng bê tông được trộn đều hơn và tiết kiệm thời gian.
Máy trộn bê tông với dung tích lớn giúp thi công nhanh chóng và hiệu quả hơn Hiện nay, máy trộn bê tông 450 lít là loại phổ biến, cho phép nhào trộn nhanh chóng một bao xi măng cùng các nguyên liệu như cát, nước, đá và chất phụ gia Sử dụng máy trộn có dung tích lớn mang lại lợi ích vượt trội, cho ra những mẻ bê tông có khối lượng lớn, tiết kiệm thời gian và công sức so với việc trộn bê tông bằng tay.
Máy trộn bê tông có thể trộn được nhiều nguyên liệu trong khoảng thời gian ngắn nên cho năng suất trộn cao hơn trộn bằng thủ công.
Sử dụng máy trộn bê tông giúp tiết kiệm nhân công hiệu quả, chỉ cần từ 3 – 5 người thay vì 10 người như trước Phương pháp này không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tăng khối lượng bê tông trộn, giúp các nhà thầu giảm chi phí thi công đáng kể.
Sử dụng máy trộn bê tông mang lại chất lượng sản phẩm vượt trội nhờ vào lực trộn đều đặn mà máy móc cung cấp, điều này rõ ràng hơn so với việc trộn bằng tay, thường dẫn đến sự không đồng nhất Bên cạnh đó, việc sử dụng các cốt liệu chất lượng cao cũng góp phần nâng cao độ bền của bê tông.
Hình 1.2 Trộn bê tông bán tự động (bằng máy trộn) c Hệ thống trộn bê tông tự động
Hệ thống trộn bê tông đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất vật liệu bê tông, thay thế phương pháp trộn thủ công và bán tự động Với mức độ tự động hóa cao, hệ thống này thường được sử dụng cho các công trình vừa và lớn, giúp nâng cao hiệu quả công việc, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời cải thiện năng suất lao động và chất lượng công trình Do đó, máy trộn bê tông đã trở thành thiết bị xây dựng thiết yếu trên thị trường Các ngành công nghiệp khác nhau có yêu cầu riêng về vật liệu bê tông, đặc biệt là độ mịn Sự phát triển của kinh tế và khoa học kỹ thuật đã đưa máy trộn bê tông năng suất cao vào sản xuất, đáp ứng nhu cầu đa dạng của ngành xây dựng Hỗn hợp bê tông tươi từ hệ thống trộn luôn đảm bảo chất lượng, mang lại thời gian sử dụng lâu trước khi đông cứng Tuy nhiên, hệ thống này thường phù hợp cho các công trình lớn như nhà chung cư cao tầng và cầu, nơi cần lượng bê tông thương phẩm lớn.
Hình 1.3 Hệ thống trộn bê tông tự động.
Kết luận
Từ các phương pháp trộn bê tông thủ công, bán tự động đến tự động, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng Tôi muốn thiết kế một hệ thống trộn bê tông tự động, dễ dàng lắp đặt và vận chuyển đến các công trình xây dựng, đặc biệt là những nơi giao thông hạn chế Sự kết hợp giữa các thiết bị máy móc sẽ tạo nên một hệ thống trộn bê tông hoàn thiện, góp phần giảm chi phí nhân công, tiết kiệm vật tư và vận chuyển, đồng thời cung cấp giá thành cạnh tranh Chất lượng bê tông cũng được tối ưu hóa, nâng cao mác bê tông và rút ngắn thời gian trộn.
Giới thiệu hệ thống trộn bê tông tự động
Mô hình chi tiết của hệ thống trộn bê tông tự động
Hình 1.4 Mô hình chi tiết hệ thống
Bảng 1.1 Thông số các loại Mác trộn
MÁC TRỘN KL SỎI KL CÁT KL NƯỚC KL XM KL PG
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Các cốt liệu được cấp sẵn trong các bồn chứa Hệ thống hoạt động 2 chế độ: chế độ Auto và chế độ Manual.
Hệ thống trộn được các loại mác trộn như ở Bảng 1.1.
Hệ thống chỉ hoạt động khi chúng ta đã thiết lập chế độ trộn, lựa chọn Mác trộn, cài đặt số mẻ và thời gian cho cả quá trình trộn khô và ướt.
Khi nhấn nút Start, hệ thống trộn sẽ khởi động, các van 1 trên bồn chứa sỏi, cát, nước và phụ gia sẽ mở ra Đồng thời, động cơ xilo xi măng cũng bắt đầu xả và vận chuyển các cốt liệu vào phễu cân để tiến hành cân khối lượng.
Khi đạt đủ khối lượng, van 1 và xi lô của các bồn chứa sẽ đóng lại, ngừng quá trình xả và vận chuyển cốt liệu Đồng thời, van 2 của cân sỏi và cân cát sẽ xả nguyên liệu vào băng tải, giúp vận chuyển sỏi và cát vào bồn trộn Cùng lúc đó, van 2 của cân xi măng cũng xả xi măng vào bồn trộn.
Khi có 1 trong các loại cốt liệu được xả vào bồn trộn thì cảm biến cạn sẽ tác động báo có cốt liệu trong bồn trộn.
Khi các phễu cân xả hết cát, sỏi, xi măng thì van 2 của các phễu đóng lại và bắt đầu quá trình trộn khô
Hệ thống bắt đầu quá trình trộn khô các thành phần như sỏi, cát và xi măng theo thời gian đã được cài đặt Khi thời gian trộn khô kết thúc, van 2 của cân nước và cân phụ gia sẽ mở ra, cho phép nước và phụ gia được xả vào bồn trộn.
Khi xả hết nước và phụ gia các van này sẽ đóng lại đồng thời bắt đầu quá trình trộn ướt với thời gian trộn ướt cài đặt trước
Sau khi kết thúc thời gian trộn ướt, van của bồn trộn sẽ mở để xả bê tông thành phẩm vào xe vận chuyển Sau khoảng 20 giây xả hết, cảm biến cạn bồn trộn sẽ tự động đóng van xả lại.
Hệ thống sẽ tiếp tục chu trình trộn cho đến khi đạt đủ số mẻ đã cài đặt trước Nó sẽ tự động dừng lại, hoặc người dùng có thể dừng ngay lập tức bằng cách nhấn nút stop.
Tương tự như ở chế độ Auto, hệ thống chỉ làm việc khi chúng ta nhập các thông số mẻ trộn, thời gian trộn ướt và thời gian trộn khô.
Nhấn nút Start để khởi động hệ thống, sau đó tác động vào các Switch để tiến hành quá trình xả cát, sỏi, nước, phụ gia, vận chuyển xi măng và trộn bê tông Trong chế độ này, người dùng có thể dừng hệ thống bất cứ lúc nào bằng cách tác động vào các Switch Chế độ này chủ yếu được sử dụng cho việc bảo dưỡng thiết bị và ít khi được sử dụng trong quá trình hoạt động bình thường.
Hệ thống dừng ngay lập tức nếu ta nhấn nút dừng hoặc hết số mẻ trộn đã cài đặt.
Nguyên lý của hệ thống được thể hiện lại dưới dạng sơ đồ khối
Hình 1.5 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trộn bê tông tự động.
Chọn công nghệ và thiết bị cho hệ thống
Các công nghệ phổ biến hiện nay
Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao.
Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa.
Cấu trúc PLC dạng module mang lại khả năng thay thế và mở rộng đầu vào/ra một cách dễ dàng, đồng thời cho phép mở rộng các chức năng khác Với khả năng chống nhiễu tốt, PLC hoạt động hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác.
Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình.
Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao. b Vi điều khiển
Vi điều khiển hoạt động như một máy vi tính không có bất kỳ bộ phận kỹ thuật số nào.
Tích hợp cao hơn bên trong vi điều khiển làm giảm chi phí và kích thước của hệ thống.
Việc sử dụng vi điều khiển rất đơn giản, dễ khắc phục sự cố và bảo trì hệ thống.
Hầu hết các chân được lập trình bởi người dùng để thực hiện các chức năng khác nhau.
Dễ dàng kết nối thêm các cổng RAM, ROM, I/O.
Cần ít thời gian để thực hiện các hoạt động.
Vi điều khiển có kiến trúc phức tạp hơn so với vi xử lý.
Rơle chỉ thực hiện đồng thời một số lệnh thực thi giới hạn, chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị vi mô Nó không thể giao tiếp trực tiếp với các thiết bị công suất cao.
Rơle mang lại lợi ích nổi bật với khả năng tác động ngay lập tức mà không cần thông qua cơ cấu cơ khí, giúp đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu của người sử dụng.
Rơle có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ dàng thay thế.
Rơle có độ tin cậy, độ nhạy và độ chính xác cao.
Tuổi thọ thấp, phụ thuộc vào số lần đóng cắt, các cặp tiếp điểm dễ bị ô xi hóa theo thời gian trong môi trường công nghiệp.
Tiếp điểm của rơle chịu được điện áp còn nhỏ, sẽ bị hao mòn dần do phóng điện hồ quang.
Một vài loại rơ le bị nhiễu điện từ khi vận hành gây ảnh hưởng đến quá trình vận hành.
Kết luận: Qua các công nghệ nói trên, em đã chọn được công nghệ PLC để điều khiển cho hệ thống trộn bê tông tự động của mình.
Chọn thiết bị và thiết bị bảo vệ cho hệ thống
Các thiết bị và động cơ của các hãng đã được xác định thông số phù hợp với hệ thống trộn bê tông Do đó, tôi sẽ lựa chọn thiết bị dựa trên các thông số của các hãng Vì vậy, tôi chỉ cần tính toán để chọn thiết bị bảo vệ cho hệ thống trộn bê tông theo các thông số công suất động cơ đã được cung cấp.
- Công suất động cơ trộn: Ptrộn = 37 KW.
- Công suất động cơ kéo băng tải: Pbăng tải = 7,5 KW
- Công suất động cơ máy bơm nước: Pbơm nước = 5,5 KW.
- Công suất động cơ vít tải xi măng: Pvít tải = 5,5 KW.
- Công suất động cơ máy nén khí: Pkhí nén = 7,5 kW.
Dựa trên các tài liệu tham khảo như “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV” của Ngô Hồng Quang và “Sổ tay chuyên ngành điện” của Tăng Văn Mùi và Trần Duy Nam, cùng với slide bài giảng “Khí cụ điện” của TS Đoàn Thanh Bảo tại Trường Đại học Quy Nhơn, việc tính toán và lựa chọn các thiết bị đóng cắt và bảo vệ phù hợp là rất cần thiết Một trong những thiết bị quan trọng trong ngành xây dựng là máy trộn bê tông, đóng vai trò quan trọng trong quá trình thi công và đảm bảo chất lượng công trình.
Hình 1.6 Máy trộn hãng JS2000
Thông số kỹ thuật máy trộn JS2000:
- Thời gian trộn 60 giây/mẻ
- Động cơ máy trộn có công suất 37KW x 2 động cơ
- Điện áp/Tần số: 380V/50Hz
- Xuất xứ: China Công suất của mỗi động cơ trộn là: 37KW => 2 Động cơ trộn : 74 KW Cường độ dòng điện định mức của mỗi động cơ trộn:
: dòng điện định mức của động cơ (A)
: công suất định mức động cơ dẫn động máy trộn (W)
: điện áp định mức động cơ (V).
Cos φ : hệ số công suất Lấy cos φ = 0,8.
Cường độ dòng điện khởi động:
: dòng điện khởi động động cơ (A)
: dòng điện định mức của động cơ (A)
Hệ số khởi động được tính bằng 2 chia cho 8, chọn giá trị là 4 Với công suất động cơ lớn, việc sử dụng bộ khởi động mềm sẽ giúp khởi động 2 động cơ một cách hiệu quả, giảm dòng điện khởi động từ 3 đến 4 lần so với phương pháp khởi động trực tiếp.
- Chọn MCCB loại khối 3 pha có dòng định mức 100 (A) của hãng LS, mã hiệu: ABS103c.
- Chọn khởi động từ có dòng định mức 100 (A) của hãng LS, mã hiệu: MC-100a. b Động cơ kéo băng tải
Hình 1.7 Động cơ kéo băng tải
Thông số động cơ kéo băng tải:
- Công suất động cơ kéo băng tải: 7,5KW
- Điện áp/Tần số: 380V/50Hz
- Tỷ số truyền: 1/3 – 1/200 Công suất của mỗi động cơ trộn là: 7,5KW Cường độ dòng điện định mức của động cơ kéo băng tải:
: dòng điện định mức của động cơ (A)
: công suất định mức động cơ kéo băng tải (W)
: điện áp định mức động cơ (V).
Cos φ : hệ số công suất Lấy cos φ = 0,8.
Cường độ dòng điện khởi động:
: dòng điện khởi động động cơ (A)
: dòng điện định mức của động cơ kéo băng tải (A)
Hệ số khởi động được tính bằng công thức 2 ÷ 8, chọn giá trị là 4 Do động cơ có công suất lớn, nên cần sử dụng bộ khởi động mềm để khởi động động cơ, giúp giảm dòng điện khởi động từ 3 đến 4 lần so với phương pháp khởi động trực tiếp.
- Chọn MCCB 3 pha bảo vệ cho động cơ kéo băng tải có: Iđm = 20 (A) của hãng
- Chọn khởi động từ: Iđm = 22 (A) của hãng LS, mã hiệu MC-22b. c Động cơ bơm nước
Các thông số cơ bản của máy bơm chìm KTZ 45.5:
- Điện áp/Tần số: 380V/50Hz
Hình 1.8 Máy bơm nước KTZ 45.5
Công suất của động cơ máy bơm nước là: 5,5KW Cường độ dòng điện định mức của động cơ bơm nước:
: dòng điện định mức của động cơ bơm nước(A)
: công suất định mức động cơ bơm nước (W)
: điện áp định mức động cơ (V).
Cos φ : hệ số công suất Lấy cos φ = 0,8.
Cường độ dòng điện khởi động:
: dòng điện khởi động động cơ (A)
: dòng điện định mức của động cơ bơm nước (A)
: hệ số khởi động, = 2 ÷ 8 Chọn = 4 Theo thiết kế sẽ sử dụng phương pháp khởi động đổi nối sao tam giác nên dòng khởi động giảm lần.
Dòng điện sau khi qua phương pháp đổi nối sao/ tam giác:
- Chọn MCCB khối 3 pha bảo vệ cho động cơ bơm nước có: Iđm = 30 (A) của hãng LS có mã hiệu: ABN53c.
- Chọn khởi động từ cuả hãng LS có: Iđm = 32 (A) mã hiệu MC-32a. d Động cơ máy nén khí đóng mở các van
Hình 1.9 Máy nén khí JS – 10AT
Các thông số chính của máy nén khí JS – 10AT:
- Công suất động cơ: 7,5KW
- Tốc độ động cơ: 1470 vòng/phút
- Điện áp/Tần số: 380V/50Hz
- Cách điện: cấp F Công suất của động cơ máy nén khí: 7,5KW Cường độ dòng điện định mức của động cơ máy nén khí:
: dòng điện định mức của động cơ máy nén khí (A)
: công suất định mức động cơ máy nén khí (W)
: điện áp định mức động cơ (V).
Cos φ : hệ số công suất Lấy cos φ = 0,8.
Cường độ dòng điện khởi động:
: dòng điện khởi động động cơ máy nén khí (A)
: dòng điện định mức của động cơ máy nén khí (A)
Hệ số khởi động được tính bằng công thức 2 ÷ 8, và chọn giá trị là 4 Với công suất động cơ lớn, việc sử dụng bộ khởi động mềm là cần thiết để khởi động động cơ, giúp giảm dòng điện khởi động từ 3 đến 4 lần so với phương pháp khởi động trực tiếp.
- Chọn MCCB khối 3 pha bảo vệ cho động cơ máy nén khí có: Iđm = 20 (A) của hãng LS, mã hiệu: ABN53c.
- Chọn khởi động từ của hãng LS có: Iđm = 22 (A) mã hiệu: MC-22b. e Động cơ xilo xi măng ( Vít tải xi măng LSY 160 )
Hình 1.10 Xilo xi măng (Vít tải xi măng LSY160)
Các thông số chính của vít tải xi măng LSY 160:
- Đường kính trục vít tải: 160 mm
- Công suất truyền dẫn: 25 tấn/h ( xấp xỉ 6,94 kg/s)
- Công suất động cơ: 3 - 7,5KW ( Chọn động cơ 5,5 KW) Công suất của động cơ xilo xi măng: 5,5KW
Cường độ dòng điện định mức của động cơ xilo xi măng:
: dòng điện định mức của động cơ xilo xi măng (A)
: công suất định mức động cơ xilo xi măng (W)
: điện áp định mức động cơ (V).
Cos φ : hệ số công suất Lấy cos φ = 0,8.
Cường độ dòng điện khởi động:
: dòng điện khởi động động cơ xilo xi măng (A)
: dòng điện định mức của động cơ xilo xi măng (A)
: hệ số khởi động, = 2 ÷ 8 Chọn = 4 Theo thiết kế sẽ sử dụng phương pháp khởi động đổi nối sao tam giác nên dòng khởi động giảm lần.
- Chọn MCCB khối 3 pha bảo vệ cho động cơ xi lo xi măng có: Iđm = 30 (A), mã hiệu ABN53c.
- Chọn khởi động từ có: Iđm = 32 (A), mã hiệu MC-32a.
Tính toán áp tô mát (MCCB) tổng
a Aptomat 1 pha (MCB) bảo vệ mạch điều khiển
Aptomat 1 pha là một từ có nguồn gốc từ tiếng Nga, trong từ tiếng Anh nó được gọi là Circuit Breaker (viết tắt là CB) Là một thiết bị điện dùng để tự động cắt các mạch điện bảo vệ hệ thống hay các thiết bị điện tránh khỏi trường hợp bị ngắn mạch , sụt áp,… Aptomat còn được sử dụng để đóng cắt không thường xuyên các mạch điều khiển làm việc ở chế độ bình thường, giúp bảo vệ các thiết bị điện.
Cấu tạo của Aptomat có các bộ phận chính sau:
- Cơ cấu truyền động cắt Aptomat
Vì mạch điều khiển có dòng, áp thấp nên ta sử dụng điện áp 220VAC/50Hz nên ta chọn aptomat 1 pha 2 cực.
- Aptomat MCB LS số cực 2P
- Dòng cắt thường từ 4.5KA, 6KA, 10KA, 15KA
Hình 1.11 Aptomat dạng tép MCB của hãng LS b Aptomat 3 pha (MCCB) bảo vệ mạch động lực
Aptomat 3 pha là một từ có nguồn gốc từ tiếng Nga, trong từ tiếng Anh nó được gọi là Moulded Case Circuit Breaker (viết tắt là MCCB) Là một thiết bị điện dùng để đóng cắt các mạch điện cấp điện cho các động cơ, thiết bị điện có công suất lớn hoạt động ngoài ra nó còn có chức năng đóng cắt bảo vệ các thiết bị điện tránh khỏi trường hợp bị ngắn mạch , sụt áp, với dòng điện lớn phù hợp với môi trường công nghiệp
- Dòng định mức MCCB tính chọn ở các động cơ (tính ở mục 1.3.3.).
- Điện áp/Tần số: 380V/50Hz
Hình 1.12 MCCB hãng LS c Tính chọn MCCB tổng:
Tổng công suất của các động cơ:
Dòng điện định mức áp tô mát tổng tính theo công suất định mức:
- Chọn áp tô mát (MCCB khối 3 pha) tổng có dòng định mức: Idmtong= 200 (A), mã hiệu: ABN203c.
Tính chọn bộ khởi động mềm
Các động cơ trong hệ thống trộn bê tông xi măng thường có công suất lớn, dẫn đến dòng điện khởi động cao, có thể ảnh hưởng đến hệ thống điện nếu không khởi động đúng cách Đối với các động cơ có công suất lớn hơn 7,5 kW, cần trang bị bộ khởi động mềm, trong khi các động cơ nhỏ hơn 7,5 kW sẽ sử dụng phương pháp khởi động đổi nối sao tam giác để giảm dòng khởi động xuống mức an toàn Việc lựa chọn bộ khởi động mềm dựa trên hai thông số quan trọng: điện áp định mức và công suất định mức của động cơ.
- Động cơ máy nén khí: 1SFA897101R7000 - PSE18-600 -70
- Còn động cơ bơm nước và động cơ Xilo xi măng sẽ khởi động theo phương pháp đổi nối sao tam giác.
Bảng 1.2 Tính chọn khởi động mềm hãng ABB
Công suất động cơ KW
Công suất động cơ KW
Van đóng mở
Sử dụng van khí nén 5/2 điều khiển xi lanh để đóng mở van xả cốt liệu
Điện áp điều khiển: 24VAC 50/60 Hz
Chất liệu: Nhôm, đồng thau, inox,
Nhiệt độ làm việc: -5 – 180 độ C
Xuất xứ: Nhật Bản, Đài Loan,…
- Sử dụng van nước điện từ 24V để đóng mở van xả nước.
Van UD10 24V 2 cửa 2 vị trí.
Hình 1.15 Xy lanh khí nén 2 chiều
Xy lanh khí nén 2 chiều hoạt động linh hoạt, thích hợp để đóng mở các van trong môi trường công nghiệp.
Hình 1.16 Nắp xả cốt liệu
- Nắp xả điều khiển bằng xy lanh khí nén 2 chiều.
Rơle
Dùng rơle trung gian Omron LY2N DC24 để điều khiển contactor đóng, ngắt động cơ bơm, trộn.
- Điện áp cuộn dây: 24VDC.
- Thời gian đóng, ngắt: 25ms Tần số hoạt động: 1800 lần/giờ.
- Tuổi thọ đóng, ngắt trung bình: 500 nghìn lần.
- Nhiệt độ môi trường làm việc: -25 o C ~ 70 o C
Hình 1.17 Rơ le trung gian Omron LY2N DC24.
Đèn báo trạng thái
Đèn màu xanh báo hiệu hệ thống đã sẵn sàng hoạt động, trong khi đèn màu vàng cho biết quá trình trộn đang diễn ra Khi đèn màu đỏ sáng lên, điều này có nghĩa là quá trình trộn đã dừng lại hoặc hệ thống gặp lỗi.
Hình 1.18 Đèn báo trạng thái.
Tính toán lựa chọn Contactor
Contactor, hay còn gọi là khởi động từ, là thiết bị điện hạ áp Nó có chức năng đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực, với dòng điện ngắt không vượt quá giới hạn dòng điện quá tải của mạch.
Hoạt động đóng ngắt của contactor thường được thực hiện thông qua cơ cấu điện từ, mặc dù cũng có thể sử dụng cơ cấu thuỷ lực Trong đó, contactor điện từ là loại phổ biến nhất Một ứng dụng điển hình của contactor điện từ là trong việc khởi động động cơ trộn.
Động cơ trộn có dòng khởi động 93,69 A qua bộ khởi động mềm, do đó chọn khởi động từ với dòng định mức 100 A của hãng LS, mã hiệu: MC-100a Đối với khởi động từ động cơ băng tải cũng cần được xác định tương tự.
Động cơ băng tải khởi động với dòng điện 18,99 A sau khi qua bộ khởi động mềm, do đó cần chọn khởi động từ có dòng định mức 22 A của hãng LS, mã hiệu MC-22b Khởi động từ này cũng được áp dụng cho động cơ bơm nước.
Động cơ bơm nước khởi động với dòng khởi động 24,13 A khi sử dụng phương pháp sao tam giác Do đó, chúng ta chọn khởi động từ có dòng định mức 32 A của hãng LS, mã hiệu MC-32a, để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho động cơ máy khí nén.
Động cơ nén khí khởi động với dòng điện 18,99 A sau khi qua bộ khởi động mềm, do đó, chúng ta chọn khởi động từ có dòng định mức 22 A của hãng LS, mã hiệu MC-22b Khởi động từ này phù hợp cho động cơ xilo xi măng (Vít xi măng).
Động cơ băng tải khởi động với dòng khởi động 24,13 A khi sử dụng phương pháp sao tam giác Do đó, chúng ta lựa chọn khởi động từ có dòng định mức 32 A, được sản xuất bởi hãng LS, mã hiệu: MC-32a.
Hình 1.19 Contactor LS 220/380V f Rơ le nhiệt (Relay nhiệt)
Hình 1.20 Rơ le nhiệt hãng LS
Rơ le nhiệt, hay còn gọi là Relay nhiệt, là thiết bị điện quan trọng giúp bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi tình trạng quá tải Thiết bị này thường được sử dụng kết hợp với contactor (khởi động từ) để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện Rơ le nhiệt hoạt động bằng cách tự động đóng cắt tiếp điểm thông qua sự co dãn của các thanh kim loại khi nhiệt độ tăng cao.
Rơ le nhiệt được sử dụng kết hợp với Contactor (Khởi động từ) nhằm bảo vệ thiết bị điện, đặc biệt là động cơ điện, khỏi tình trạng quá dòng và quá tải trong quá trình hoạt động Cần lưu ý rằng rơ le nhiệt chỉ có khả năng thay đổi trạng thái tiếp điểm mà không thể tự ngắt nguồn điện, do đó cần phải kết hợp với một thiết bị đóng cắt khác để đảm bảo an toàn.
Rơ le nhiệt là thiết bị quan trọng trong việc bảo vệ động cơ khỏi tình trạng quá tải Để đảm bảo hiệu quả bảo vệ, việc lựa chọn rơ le nhiệt phù hợp với từng loại động cơ là rất cần thiết.
Khi chọn rơ le nhiệt, cần đảm bảo ngưỡng điều chỉnh phù hợp với dải hoạt động của động cơ, hoặc cao hơn một chút Ngưỡng điều chỉnh tối thiểu nên thấp hơn khoảng giữa của dải hoạt động, trong khi ngưỡng tối đa phải cao hơn ngưỡng trên của dải này.
Nút nhấn
Nút nhấn công nghiệp LA38-11BN là sản phẩm lý tưởng cho các bảng điều khiển công nghiệp, với thiết kế gồm 2 cặp tiếp điểm thường đóng và thường hở Sản phẩm dễ dàng tháo lắp và phù hợp với nhiều mức điện áp khác nhau, cả AC và DC.
Sản phẩm có 2 màu xanh và đỏ.
Kết luận chương 1
Trong chương này, tôi đã nghiên cứu các mô hình và phương pháp trộn bê tông thực tế, hiểu rõ nguyên lý hoạt động cùng với ưu nhược điểm của từng phương pháp Từ đó, tôi đã lựa chọn mô hình phù hợp cho đề tài của mình Tôi cũng đã tìm hiểu về các công nghệ phổ biến hiện nay và quyết định sử dụng công nghệ PLC cho hệ thống điều khiển trộn bê tông tự động Cuối cùng, tôi đã xác định các thiết bị và biện pháp bảo vệ cần thiết cho hệ thống.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
Tổng quan PLC S7-1200
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic qua ngôn ngữ lập trình Người dùng có thể lập trình để thực hiện nhiều trình tự sự kiện, được kích hoạt bởi ngõ vào hoặc các hoạt động có thời gian định thì PLC thay thế các mạch relay trong thực tế và hoạt động bằng cách quét trạng thái đầu ra và đầu vào; khi đầu vào thay đổi, đầu ra cũng sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hoặc State Logic Hiện nay, nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron và Honeywell.
2.1.2 Ưu điểm của PLC Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Giá cả cá thể cạnh tranh được.
PLC hiện nay được chế tạo và cải tiến gọn nhẹ.
Các PLC đời mới hiện nay có các Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp nhiều đầu In và Out.
PLC hiện nay được cải tiến qua nhiều năm nên có thể hoàn toàn tin cậy trong môi trường tủ bảng điện công nghiệp.
PLC có khả năng giao tiếp hiệu quả với các thiết bị thông minh như máy tính, mạng và các mô-đun mở rộng, phù hợp với xu hướng cách mạng công nghiệp 4.0 Với thiết kế nhỏ gọn và cải tiến, giá bán của PLC rất hợp lý, giúp các doanh nghiệp nhỏ dễ dàng tiếp cận công nghệ này.
Tất cả các PLC bao gồm các thành phần chính như bộ nhớ chương trình RAM (có thể mở rộng bằng bộ nhớ ngoài EPROM), bộ vi xử lý với cổng giao tiếp để kết nối với PLC, và các modul vào/ra Một PLC hoàn chỉnh thường đi kèm với đơn vị lập trình, có thể là bằng tay hoặc máy tính Các đơn vị lập trình đơn giản thường có đủ RAM để lưu trữ chương trình, và nếu là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS với pin dự phòng Chương trình chỉ được truyền sang bộ nhớ PLC khi đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng Đối với các PLC lớn, việc lập trình thường được thực hiện trên máy tính để hỗ trợ viết, đọc và kiểm tra chương trình, và các đơn vị lập trình kết nối với PLC qua các cổng RS232, RS422, RS485.
3: Kết nối với các module mở rộng 4: Đèn Led hiển thị I/O trên board.
2.1.4 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng
Hiện nay PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU khác nhau như: CPU 1211C, CPU
1212C, CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C và đồng thời người dùng có nhiều sự lựa chọn với các nguồn điện áp AC/DC, tín hiệu đầu vào/ra relay/DC…
Người dùng nên chọn CPU phù hợp với ứng dụng và chương trình để tối ưu hóa cấu hình hệ thống và chi phí, nhằm đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất và tiết kiệm kinh tế.
Kết luận: Sau khi xem xét các loại CPU, tôi quyết định chọn CPU 1212C AC/DC/Rly để điều khiển hệ thống trộn bê tông CPU này có 8 đầu vào (DI) và 6 đầu ra relay (DO), phù hợp với nhu cầu của hệ thống.
Module phần cứng của PLC S7-1200
Để hiểu rõ hơn về PLC S7-1200, chúng ta cần xem xét chi tiết các module phần cứng mà PLC này hỗ trợ Điều này giúp người dùng có thể lựa chọn sản phẩm phù hợp với ứng dụng theo yêu cầu của họ.
2.2.1 Mô-đun CPU xử lý trung tâm
Module xử lý trung tâm CPU bao gồm vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời, bộ đếm và cổng truyền thông Profinet Nó lưu trữ chương trình người dùng trong bộ nhớ của mình và có thể tích hợp một số cổng vào/ra số và analog, tùy thuộc vào mã hàng.
The S7-1200 CPU supports various protocols, including TCP/IP, ISO-on-TCP, and S7 communication Additionally, it features integrated instructions that facilitate communication through protocols such as USS, Modbus RTU, S7 communication T-Send/T-Receive, and Freeport.
Hình 2.23 CPU 1212C AC/DC/Rly
- Module AI: module đọc analog với các loại tín hiệu khác nhau như dòng 4 -
20 mA (theo cách đấu 2 dây và 4 dây), đọc tín hiệu điện áp 0 – 10 VDC, đọc tín hiệu RTD, TC …
- Module AI/AO: module đọc/xuất analog.
- Module AO: module xuất tín hiệu analog.
- Module DI: module đọc tín hiệu digital.
- Module DI/DO: module đọc/xuất tín hiệu digital.
- Module DO: module ghi tín hiệu số đến ngoại vi.
Hình 2.24 Mô-đun SM 1223 16DI/16DO
2.2.3 Module xử lý truyền thông
Module truyền thông được gắn bên trái CPU và được ký hiệu là CM 124x hoặc CP 124x Tối đa chỉ có thể gắn được 3 module mở rộng về truyền thông.
Module truyền thông CM 124x hỗ trợ các protocol theo các tiêu chuẩn như:
Truyền thông ASCII là phương pháp giao tiếp với các hệ thống bên thứ ba, cho phép truyền tải các giao thức đơn giản như kiểm tra ký tự đầu và cuối, cũng như xác minh các thông số của khối dữ liệu.
Truyền thông Modbus sử dụng tiêu chuẩn Modbus RTU, trong đó PLC S7 có thể hoạt động như Modbus Master, cho phép giao tiếp và điều khiển các thiết bị khác Ngược lại, PLC S7 cũng có thể đóng vai trò là Modbus Slave, nhưng không hỗ trợ trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị Slave với nhau trong hệ thống truyền thông này.
Truyền thông giữa USS và Driver cho phép kết nối hiệu quả, giúp các Driver trao đổi dữ liệu qua chuẩn RS485 Điều này không chỉ hỗ trợ việc điều khiển Driver mà còn cho phép đọc và ghi các thông số cần thiết một cách chính xác.
Truyền thông Point-to-Point là phương pháp kết nối đa điểm được sử dụng trong truyền thông dữ liệu nối tiếp Ứng dụng của truyền thông đa điểm rất phổ biến trong hệ thống tự động hóa Simatic S7 và các hệ thống tự động hóa khác, cho phép liên kết hiệu quả với các thiết bị như máy in, robot điều khiển, máy quét và đọc mã vạch.
Truyền thông Profibus sử dụng tiêu chuẩn Profibus DP hỗ trợ DPV1, cho phép module hoạt động linh hoạt với vai trò là master hoặc slave tùy theo ứng dụng cụ thể.
Module hỗ trợ AS – I Master.
Module xử lý truyền thông CP 124x hỗ trợ những chuẩn truyền thông về GPRS/GSM, Messages/Email, DNP3, SNMP, Teleservice…
Module CP 1242 – 7: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với GPRS/GSM
Module CP 1243 – 1: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với Messages/Email, DNP3,SNMP, Redundancy …
Hình 2.25 Mô-đun truyền thông CM 1242-5
2.2.4 Các module đặc biệt và module SB a Module I/O link
Module được sử dụng có thể kết nối lên tới 4 thiết bị I/O – link phù hợp với đặc tính kỹ thuật I/O – link
Các thông số của I/O – link có thể cấu hình phần mềm Port Configuration Tool (PCT) V3.2 hoặc phiên bản cao hơn. b Mô-đun nguồn - Power modul
Module nguồn Power module cung cấp nguồn hoạt động cho các module phần cứng kết nối với CPU Tên viết tắt của module nguồn S7 – 1200 là PM 1207
Module nguồn PM 1207 yêu cầu nguồn cung cấp đầu vào 120/230 VAC và cung cấp đầu ra 24 VDC / 2,5 A Module này được thiết kế đặc biệt cho S7-1200 và không cần cấu hình phần cứng.
Hình 2.26 Mô-đun truyền thông PM 1207 c Module cân SIWAREX
Module cân Siwres WP231 là giải pháp cân đa năng, phù hợp cho cả ứng dụng cân đơn giản lẫn phức tạp, cũng như trong đo lực Với thiết kế nhỏ gọn, module này dễ dàng lắp đặt với PLC S7 – 1200 và có khả năng hoạt động độc lập mà không cần đến PLC S7 – 1200.
Module cân Siwares WP1 có khả năng kết nối trực tiếp với PLC S7 qua Ethernet (Modbus TCP/IP) và RS485 (Modbus RTU), đồng thời tương thích với các thiết bị tự động hóa của nhiều hãng khác Để nâng cao tính năng kết nối và giao tiếp, Siemens đã phát triển module CM CANopen cho PLC S7-1200, cho phép cấu hình ở cả hai chế độ Master và Slave.
The Sing Board is installed above the CPU to expand digital input/output (DI/DO) and analog input/output (AI/AO) capabilities It features a battery backup board for real-time data retention and enhances communication options with RS485 communication boards.
Kiểu dữ liệu hỗ trợ cho PLC S7-1200 sẽ được giải thích cách định dạng dữ liệu và kích thước dữ liệu thông qua bảng 2.1.
2.3 Phần mềm lập trình PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC S7-1200 cùng với phần mềm lập trình Tia Portal V10.5 tích hợp sẵn Step 7 Basic, lập trình cho PLC S7-1200.
Từ năm 2010, Siemens đã liên tục nâng cấp phần mềm Tia Portal từ phiên bản V10.5 lên V17, cho phép lập trình không chỉ cho các bộ Controller mà còn thiết kế giao diện HMI, SCADA và cấu hình Driver của Siemens Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc tìm hiểu PLC S7-1200 và phần mềm Tia Portal V16 để lập trình cho thiết bị này.
2.3.1 Ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200
Với dòng sản phẩm PLC S7-1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens phát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình chính, đó là:
- LAD, FBD và SCL.LAD – Ladder: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch Nó đơn giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi.
- FBD – Function Block Diagram: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo đại số Bool
SCL – Structure Language Control là một ngôn ngữ lập trình dạng text, thuộc cấp cao và được phát triển dựa trên nền tảng Pascal Ngôn ngữ SCL được xem như một ngôn ngữ hướng đối tượng cho PLC, vì nó phù hợp với cách tư duy của người dùng.
2.3.2 Giới thiệu về phần mềm tia portal 2.3.3 Biểu tượng của phần mềm tia portal V16
Hình 2.6 là biểu tượng của phần mềm TIA Portal V16.
Hình 2.7 là giao diện của phần mềm TIA Portal V16.
Sau khi tạo project ta được giao diện như hình 2.7.
Khi mở phần mềm tia portal V16 sẽ có giao diện như Hình 2.6.
1: mở project đã có sẵn.
3: nâng cấp project lên TIA Portal đối với các phiên bản s7 200 và 300.
Hình 2.27 Biểu tượng phần mềm
Hình 2.28 Giao diện phần mềm
1: Cấu hình thiết bị2: Viết chương trình nếu đã cấu hình cho thiết bị
3: Các công nghệ 5: Kết nối HMI, screen màn hình 6: Vào thẳng project nếu các bước ở trên đã được cấu hình
Ta chọn open project view, cửa sổ hiện ra
Ta chọn Add new device để chọn PLC
Sau khi chọn PLC, bước tiếp theo là viết chương trình trong khối chương trình chính [OB1] Cửa sổ viết chương trình sẽ xuất hiện Để mô phỏng trên WinCC, bạn cần tạo màn hình cho chương trình bằng cách vào PC_System, chọn Screen và bắt đầu tạo chương trình mô phỏng trên WinCC.
Hình 2.32 Viết chương trình a Giới thiệu thanh công cụ phía trên
Hình 2.33 Thanh công cụ b Project
Open: mở project đã tạo trước đó
Save as: lưu project với tên khác
Một số tab mở nhanh chương trình. c Edit
Hình 2.13 cho thấy các tag trong lệnh Edit, gồm 1 số thao tác chính là cần quan tâm, đó là:
Undo add new network: quay lại thao tác trước đó
Compile: biên dịch chương trình, kiểm tra lỗi. d View
- Hình 2.14 là thanh công cụ View, gồm một số tác vụ cần quan tâm, đó là:
Lựa chọn các thanh công cụ phía bên trái màn hình, thông thường ta để mặc định.
Simulation: mở trình mô phỏng
Download to device: tải chương trình xuống thiết bị.
Hình 2.35 Các chế độ xem e Online
Hình 2.15 là chế độ online dùng để mô phỏng, tải chương trình xuống cho thiết bị, khởi động hoặc dừng mô phỏng. f Help
Kiểm tra các chương trình đã được cài đặtThanh công cụ
1: Tạo project mới 2: Mở project đã có 3: Lưu project 4: In project dưới dạng PDF 5: Biên dịch chương trình, kiểm tra lỗi 6: Download chương trình xuống PLC 7: Chạy mô phỏng
LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN BÊ TÔNG TỰ ĐỘNG DÙNG PLC S7-1200
Mạch động lực
Hình 3.39 Mạch động lực hệ thống trộn bê tông tự động
Bảng 3.3 Ký hiệu sơ đồ mạch động lực hệ thống
STT KÝ HIỆU GIẢI THÍCH
1 MCCB Tổng Áp tô mát tổng bảo vệ mạch động lực
2 MCB 2x90A Hai áp tô mát bảo vệ 2 đóng cắt có dòng định mức 90A
3 MCB 20A Áp tô mát bảo vệ đóng cắt có dòng định mức 20A
4 MCB 25A Áp tô mát bảo vệ đóng cắt có dòng định mức 25A
5 KĐM1 Bộ khởi động mềm động cơ bồn trộn
6 KĐM2 Bộ khởi động mềm động cơ băng tải
7 KĐM3 Bộ khởi động mềm động cơ máy nén khí
8 K1 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ đóng cắt động cơ dẫn động buồng trộn
9 K2 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ đóng cắt động cơ băng tải
10 K3 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ đóng cắt máy nén khí
11 K4 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ đóng cắt động cơ bơm nước
12 K5 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ khởi động chế độ sao động cơ bơm nước
13 K6 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ khởi động chế độ tam giác động cơ bơm nước
14 K7 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ đóng cắt động cơ vít tải xi măng
15 K8 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ khởi động chế độ sao động cơ vít tải xi măng
16 K9 Tiếp điểm thường mở của khởi động từ khởi động chế độ tam giác động cơ bơm nước
17 K10 Tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng cắt cấp điện cho cuộn hút của van điện từ điều khiển đóng mở cửa xả sỏi
18 K11 Tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng cắt cấp điện cho cuộn hút của van điện từ điều khiển đóng mở cửa xả cát
19 K12 Tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng cắt cấp điện cho cuộn hút của van điện từ điều khiển đóng mở cửa xả xi măng
20 K13 Tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng cắt cấp điện cho cuộn hút của van điện từ điều khiển đóng mở cửa xả nước
21 K14 Tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng cắt cấp điện cho cuộn hút của van điện từ điều khiển đóng mở cửa xả phụ gia
22 K15 Tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng cắt cấp điện
STT KÝ HIỆU GIẢI THÍCH cho cuộn hút của van điện từ điều khiển đóng mở cửa xả bê tông.
23 2M Hai động cơ dẫn động buồng trộn bê tông
25 M2 Động cơ máy nén khí
27 M5 Động cơ vít tải xi măng
Cấu hình vào/ra
Bảng 3.4 Khai báo địa chỉ đầu vào PLC
STT Kí hiệu Địa chỉ Ghi chú
1 I_Mode %I0.0 Switch chế độ 1: TĐ, chế độ 0: BT
2 I_Start %I0.1 Nút nhấn cho phép hệ thống hoạt động (NO)
3 I_Stop %I0.2 Nút nhấn dừng hệ thống hoạt động
4 I_SW_V1_Soi %I0.3 Đóng/mở van cấp sỏi
5 I_SW_V2_Soi %I0.4 Đóng/mở van xả sỏi
6 I_SW_V1_Cat %I0.5 Đóng/mở van cấp cát
7 I_SW_V2_Cat %I0.6 Đóng/mở van xả cát
8 I_SW_V1_Nuoc %I0.7 Đóng/mở van cấp nước
9 I_SW_V2_Nuoc %I1.0 Đóng/mở van xả nước
10 I_SW_V1_PG %I1.1 Đóng/mở van cấp phụ gia
11 I_SW_V2_PG %I1.2 Đóng/mở van xả phụ gia
12 I_SW_XILO_XM %I1.3 Chạy/dừng xi lo xi măng
13 I_SW_V2_XM %I1.4 Đóng/mở van xả xi măng
14 I_SW_BT %I1.5 Chạy/dừng băng tải cát sỏi
15 I_SW_DC_Tron %I1.6 Chạy/ dừng động cơ trộn
16 I_SW_VX_Bon_Tron %I1.7 Đóng/mở van xả bồn trộn
17 I_CB_Low_Soi %I2.0 Cảm biến báo hết sỏi
STT Kí hiệu Địa chỉ Ghi chú
18 I_CB_Low_Cat %I2.1 Cảm biến báo hết cát
19 I_CB_Low_Nuoc %I2.2 Cảm biến báo hết nước
20 I_CB_Low_PG %I2.3 Cảm biến báo hết phụ gia
21 I_CB_Low_XM %I2.4 Cảm biến báo hết xi măng
_Tron %I2.5 Cảm biến báo cạn bồn trộn
Bảng 3.5 Khai báo địa chỉ đầu ra PLC
STT Kí hiệu Địa chỉ Ghi chú
1 Q_lamp_TĐ %Q0.0 Đèn báo chế độ tự động (TĐ)
2 Q_lamp_BT %Q0.1 Đèn báo chế độ bằng tay (BT)
3 Q_lamp_BL %Q0.2 Đèn báo hệ thống bị lỗi (BL)
4 Q_V1_Soi %Q0.3 Đầu ra van cấp sỏi
5 Q_V2_Soi %Q0.4 Đầu ra van xả sỏi
6 Q_V1_Cat %Q0.5 Đầu ra van cấp cát
7 Q_V2_Cat %Q0.6 Đầu ra van xả cát
8 Q_V1_Nuoc %Q0.7 Đầu ra van cấp nước
9 Q_V2_Nuoc %Q1.0 Đầu ra van xả nước
10 Q_V1_PG %Q1.1 Đầu ra van cấp phụ gia
11 Q_V2_PG %Q1.2 Đầu ra van xả phụ gia
12 Q_Xilo_XM %Q1.3 Đầu ra động cơ xi lô xi măng
13 Q_V2_XM %Q1.4 Đầu ra van xả xi măng
14 Q_Băng_tai %Q1.5 Đầu ra băng tải cát sỏi
15 Q_Tron %Q1.6 Đầu ra động cơ trộn
16 Q_Van_Xa_Bon_Tron %Q1.7 Đầu ra van xả bồn trộn bê tông
Sơ đồ nối dây
Hình 3.40 Sơ đồ đấu nối thiết bị vào ra với CPU 1212C AC/DC/RLY.
Sơ đồ khối và lưu đồ thuật toán của hệ thống trộn bê tông
Xem ở hình 3.3. b Chế độ bằng tay
Xem ở hình 3.4. c Chọn chế độ vận hành
Hình 3.41 Lưu đồ thuật toán chế độ trộn tự động (Auto)
Hình 3.42 Lưu đồ thuật toán chế độ bằng tay (Manual)
Hình 3.43 Lưu đồ thuật toán chọn chế độ vận hành.
Lập trình điều khiển hệ thống
Trong đồ án của mình, em đã sử dụng PLC S7-1200 CPU 1212C loại AC/DC/RLY để phát triển chương trình điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động Dựa trên lưu đồ thuật toán điều khiển đã xây dựng, chương trình được lập trình bằng ngôn ngữ Ladder trên phần mềm TIA Portal V16.
Network 1: Khi ta bật công tắc để chọn chế độ vận hành hệ thống bằng tay hay tự động Khi chọn chế độ auto thì bit đèn báo Q0.0 lên mức logic 1, đèn báo ở chế độ auto sáng còn đèn báo của chế độ manu sẽ không sáng vì bit Q0.1 ở mức logic 0.Ngược lại thì đèn chế độ manu sáng còn đèn chế độ auto không sáng
Khi đèn báo chế độ tự động hoặc bằng tay chuyển từ mức logic 0 lên mức logic 1, tiếp điểm thường mở Q0.0 ở net work 2 hoặc tiếp điểm thường mở Q0.1 sẽ đóng lại Điều này sẽ kích hoạt chương trình con của chế độ tự động ở network 1 hoặc chế độ bằng tay ở net work 2.
Net work 4: Khi chúng ta không mô phỏng thì tiếp điểm thường đóng trung gian
M15.0 khi đóng sẽ kích hoạt chương trình FC1 để đọc giá trị từ cảm biến cân loadcell Ngược lại, khi mô phỏng và tiếp điểm thường đóng M15.0 mở, chương trình sẽ không đọc được giá trị từ cảm biến này.
Net work 5: Chương trình con khối Output.
Khi tiếp điểm thường mở M15.0 đóng lại, hệ thống sẽ sử dụng giá trị từ chương trình con FC_SIMULATION Ngược lại, khi tiếp điểm này mở ra, nó sẽ lấy giá trị thực tế của các thiết bị tại thời điểm đó.
Net work 7: Xung 100ms có chức năng mô phỏng sự thay đổi trọng lượng của cân loadcell dựa trên trạng thái đóng mở của các van trong hệ thống Khi tiếp điểm trung gian M1.3 và M17.1 đóng, timer TON sẽ đếm 100ms và phát 1 xung sườn (bit M17.1 lên mức 1), từ đó mở các van cấp và xả.
Khi nhấn nút stop trong mạng 8, các bit M20.0, M15.0 và M40.0 sẽ được đặt ở mức 1, dẫn đến việc reset các bit Q_TĐ_Soi từ bit 100 trở đi, TG_Simulation từ bit 50 trở đi, và P1 từ bit 50 trở đi Đồng thời, hàm move sẽ xuất giá trị 0 vào các bit thực tế của mẻ trộn, bao gồm Act_timer_me_tron, Act_timer_tron_kho và Act_timer_tron_uot.
Khi nhập số mẻ trộn, thời gian trộn khô và ướt từ bên ngoài, hàm sẽ hiển thị các giá trị đã nhập lên màn hình điều khiển.
3.5.3 Chế độ tự động (FC_TU_DONG)
Hệ thống của net work 1 chỉ hoạt động khi tất cả các thông số đầu vào đều lớn hơn 0, tức là các bit phải được thiết lập ở mức 1 Khi các thông số đầu vào nhận giá trị lớn hơn 0, bit M15.6 trong net work 1 sẽ được kích hoạt và lên mức 1.
Trong mạng lưới 2, tiếp điểm M15.6 sẽ đóng lại khi bit M15.6 ở mạng lưới 1 được thiết lập ở mức 1 Khi nhấn nút Start hoặc nhận tín hiệu từ bit lặp lại M15.7 (TG_LAP_LAI), tiếp điểm M15.7 ở mạng lưới 2 cũng sẽ đóng lại Lúc này, các bit Q_TĐ_V1_Soi, Q_TĐ_V1_Cat, Q_TĐ_V1_Nuoc, Q_TĐ_V1_PG và Q_TĐ_Xilo_XM sẽ được thiết lập lên mức logic 1, mở các van V1 Sỏi, Cát, Nước, Phụ Gia và Xilo Xi măng, đồng thời reset bit M15.7 về mức logic 0.
Khi bit M15.1 ở net work 2 được set lên mức 1, tiếp điểm thường mở M15.1 ở net work 3 sẽ đóng lại, khởi đầu quá trình cân cốt liệu Các tiếp điểm M20.0, M20.2, M21.0 sẽ đóng khi các giá trị cân đạt đủ khối lượng cài đặt, sau đó set các bit M20.1, M21.2, M20.3, M21.2, M21.1 lên mức 1 để mở van 2 và reset các bit M20.0, M20.2, M21.0 về mức 0, khiến van 2 mở ra và van 1 đóng lại Khi giá trị thực của cát, sỏi, xi măng nhỏ hơn hoặc bằng 0, các bit M16.0, M16.1, M16.3 sẽ được set lên mức 1, đồng thời reset các bit M20.1, M20.3, M21.1 xuống mức 0 Khi M16.1 và M16.3 lên mức 1, tiếp điểm M16.0 và M16.1 sẽ đóng lại, khởi động Timer TON DB3 đếm 5 giây để đưa hết sỏi và cát vào bồn trộn, và reset các bit M21.2, M16.0, M16.1 về mức 0, set bit M16.5 lên mức 1 Tiếp điểm M16.3 và M16.5 sẽ đóng lại để set bit M15.2 lên mức 1 và reset các bit M15.1, M16.3, M16.5 về mức 0 Cuối cùng, tiếp điểm M20.4 và M20.6 sẽ đóng lại để bắt đầu cân và bit so sánh sẽ được kích hoạt; nếu giá trị cân lớn hơn hoặc bằng giá trị cài đặt, các bit M16.6, M16.7 sẽ được set lên mức 1 và các bit M20.4, M20.6 sẽ được reset về mức 0.
Khi tiếp điểm thường mở M15.2 đóng lại (bit M15.2 ở net work 3 set lên mức logic 1), hàm P_TRIG sẽ phát hiện xung sườn lên P Khi có xung sườn lên P1, bit M17.0 và M21.3 sẽ được set lên mức logic 1 Khi tiếp điểm thường mở M17.0 và xung nhịp Clock đóng lại, nếu có xung sườn lên P2, hàm ADD sẽ được thực hiện, tăng giá trị của nó lên 1 đơn vị thông qua một xung Clock 1s và một xung của hàm P_TRIG.
Khi giá trị thời gian trộn thực tế đạt hoặc vượt mức cài đặt, tiếp điểm M16.6 và M16.7 sẽ đóng lại, kích hoạt bit M20.5 và M20.7 lên mức logic 1 để bắt đầu xả nước và phụ gia vào bồn trộn Đồng thời, các bit M16.6, M16.7 và M17.0 sẽ được reset về mức logic 0 Sau khi quá trình xả hoàn tất, hệ thống sẽ tính thời gian trộn ướt bằng cách chuyển sang bước 3 (Trộn ướt) và reset bước 2 (Trộn khô).
Trong mạng 5, tiếp điểm thường mở M15.3 sẽ đóng lại khi Bit M15.3 ở mạng 4 được thiết lập lên mức 1 Đồng thời, tiếp điểm xung Clock_1Hz M0.5 cũng sẽ đóng lại Khi có xung sườn lên P3, hàm ADD sẽ được thực hiện, giúp tăng giá trị của nó lên 1 đơn vị thông qua một xung Clock 1s và một xung của hàm P_TRIG.
Khi thời gian thực tế trộn ướt đạt hoặc vượt qua giá trị cài đặt, reset bit M21.3 và M15.5 (Q_TĐ_Tron và TG_Step 3 - Trộn ướt) về mức logic 0, đồng thời set bit M15.4 lên mức logic 1 để chuyển sang Step 4 - Xả bê tông thành phẩm ra xe bồn, và hiển thị giá trị thực tế trên màn hình.
Kết quả mô phỏng dùng phần mềm WinCC
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm SCADA và HMI mạnh mẽ của Siemens, được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu và tại Việt Nam Phần mềm này có mặt trong nhiều lĩnh vực như sản xuất xi măng, giấy, thép và dầu khí, phục vụ cho việc điều khiển và giám sát công nghiệp WinCC tích hợp hệ thống màn hình hiển thị đồ họa, giúp quản lý các nhiệm vụ trong sản xuất và tự động hóa quá trình Chương trình được thiết kế với các module chức năng đa dạng, bao gồm giao diện đồ họa, thông điệp và báo cáo, đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp.
WinCC cung cấp giao diện mở, cho phép người dùng triển khai giải pháp linh hoạt trong hệ thống phức tạp Nó hỗ trợ truy cập cơ sở dữ liệu qua giao diện ODBC và SQL, đồng thời tích hợp các Object trên nền tảng OLE 2.0 và OLE custom control (OCX) Điều này giúp WinCC trở thành một đối tác dễ hiểu và dễ sử dụng trong môi trường Windows Phần mềm này có tính linh hoạt cao, cho phép thực hiện giao diện người-máy và tương thích với nhiều thiết bị khác nhau như GE, Allen Bradley, và Mitsubishi Electric thông qua các kênh điều khiển riêng.
3.6.2 Tạo giao diện cho hệ thống trộn bê tông tự động bằng phần mềm WinCC
Bước 1: Kích chuột vào PC-System, chọn mục HMI_RT_1, chọn mục Screen, nhấn đúp chuột trái vào add new screen.
Bước 2: Chọn nút nhấn và các thiết bị cần thiết từ Toolbox bên phải màn hình, sau đó kéo thả vào cửa sổ Screen Để thay đổi và lựa chọn thiết bị, bạn có thể sao chép thiết bị hiện tại, dán vào cửa sổ, rồi nhấn chuột phải, chọn property và tag general để chọn thiết bị mong muốn.
Bước 3: Lập trình và tạo các mô phỏng chuyển động, nhấn chuột phải vào thiết bị hay nút nhấn cần cài đặt, rồi thiết lập các cài đặt.
Sau khi hoàn tất việc thiết lập giao diện, hãy nhấn vào nút Compile trên thanh công cụ để kiểm tra lỗi Tiếp theo, nhấn Start Runtime On The PC trên thanh công cụ để bắt đầu quá trình mô phỏng.
Hình 3.44 Giao diện cửa sổ HMI mô phỏng WinCC
Giao diện cửa sổ HMI mô phỏng WinCC, như hình 3.6, cho phép người dùng lựa chọn các thiết bị như nút nhấn, động cơ, bồn chứa và cấu hình thiết bị một cách dễ dàng.
3.6.3 Giao diện khởi động mô phỏng
Hình 3.45 Thiết lập kết nối chương trình
To establish a program connection, access PLC_1[CPU 1212 AC/DC/RLY], double-click on Device Configuration, and then select Network View to configure the CPU.
1212 AC với PC_System_1 (Simatic PC Station).
Hình 3.46 Thiết lập kết nối mô phỏng Win CC Run time
Hình 3.47 Thiết lập kết nối PLC với PC
Khi ta dowload chương trình từ máy tính xuống PLC thì nó sẽ hiện ra một cửa sổ
Extended dowload to device Ta nhấn nút Start search để tìm địa chỉ id của CPU
PLC Khi tìm được (id: 192.168.0.2) thì sẽ cho phép kết nối download chương trình từ máy tính xuống PLC giống như hình 3.9.
Để kiểm tra lỗi và tải chương trình, bạn cần kích vào CPU 1212 AC/DC/RLY Sau đó, chọn biểu tượng máy tính (Start simulation) để hiển thị bảng load review Nếu tất cả dấu tích xanh xuất hiện, chương trình đã đúng và bạn chỉ cần chọn ô Load trong bảng load review Sau khi chọn ô Load, bảng Load results sẽ hiện ra; tại mục Start modules, chọn Start module và nhấn finish để hoàn tất Kết quả sẽ được hiển thị như trong hình 3.11.
3.6.4 Kết quả mô phỏng a Giao diện hệ thống trộn bê tông tự động
Hình 3.50 Giao diện hệ thống trộn bê tông tự động trên WinCC
Hệ thống trộn bê tông tự động được hiển thị trong Hình 3.12, bao gồm các bảng cài đặt thời gian, bảng điều khiển và bảng cài đặt thông số mác trộn Giao diện chọn mác trộn là một phần quan trọng của hệ thống này.
Hình 3.51 Giao diện chọn Mác trộn
Trước khi bắt đầu quá trình trộn bê tông, cần nhập số liệu từ máy tính hoặc màn hình bên ngoài Để chọn loại mác trộn phù hợp, nhấn vào nút chọn mác Một bảng mác trộn sẽ xuất hiện, bao gồm 7 loại mác từ 150 đến 450 Khi chọn mác cần trộn, các thông số trọng lượng cho sỏi, cát, nước, phụ gia và xi măng sẽ tự động hiển thị trong bảng cài đặt thông số mác trộn Giao diện hệ thống trộn bê tông có thể được điều chỉnh bằng tay để đảm bảo chính xác.
Hình 3.52 Giao diện hệ thống trộn bê tông bằng tay trên WinCC
Sau khi chọn Mác trộn, ta tiến hành chọn chế độ vận hành Chế độ tự động (Auto) sẽ làm cho switch sáng màu xanh, trong khi chế độ vận hành bằng tay (Manual) sẽ hiển thị màu đỏ Hệ thống chỉ có thể mô phỏng khi switch chế độ mô phỏng được bật lên ON, với đèn sáng màu xanh Nếu switch ở trạng thái OFF, đèn sẽ sáng màu đỏ Đèn báo chế độ Auto sẽ sáng màu xanh nước đậm khi chọn chế độ mô phỏng auto, còn chế độ manual sẽ hiển thị màu xanh lục nhạt Khi chọn chế độ vận hành Manual, giao diện WinCC sẽ hiển thị từng thiết bị có switch để điều khiển đóng mở theo ý muốn.
Hình 3.53 Nhập các thông số cài đặt
Hệ thống chỉ hoạt động khi người dùng nhập đầy đủ các thông số như Mác trộn, chế độ vận hành, thời gian trộn ướt, thời gian trộn khô và số mẻ trộn mong muốn Khi đèn điều kiện cho phép hoạt động sáng màu xanh, người dùng có thể nhấn nút Start để kích hoạt hệ thống Giao diện hiển thị sau khi chọn chế độ mô phỏng tự động, với Mác 150, sẽ cho thấy các thông số Mác trộn, bao gồm trọng lượng Sỏi là 910 Kg và trọng lượng Cát là 500 Kg.
Kg, trọng lượng Nước: 185 Kg, trọng lượng Phụ gia: 100 Kg, trọng lượng Xi măng:
Trong quy trình trộn, với khối lượng 200 Kg, thời gian trộn ướt và khô đều là 10 giây và số mẻ trộn là 5, khi nhấn nút Start, hệ thống sẽ hoạt động Các van xả sỏi 1, xả cát 1, nước 1, phụ gia 1, và silo xi măng sẽ mở để xả cốt liệu vào cân, trong khi silo xi măng vận chuyển xi măng vào cân loadcell để xác định trọng lượng Khi các van hoạt động, đèn báo sẽ sáng màu xanh và khối lượng thực sẽ hiển thị trên màn hình loadcell Sau khi cân đủ, van 2 sỏi và van 2 cát sẽ được mở để xả cát sỏi vào băng tải, cùng lúc mở van 2 xi măng để xả xi măng vào bồn trộn.
Hình 3.54 Khởi động hệ thống mở van 1 xả
Hình 3.55 Mở van 2 sỏi, cát, xi măng
Băng tải bắt đầu vận chuyển sỏi và cát vào bồn trộn; sau khi xả hết, van 2 sỏi và van 2 cát sẽ đóng lại Băng tải sẽ hoạt động thêm 5 giây nữa để hoàn tất việc vận chuyển sỏi và cát còn lại vào bồn trộn Khi có cốt liệu được xả vào bồn trộn, cảm biến cạn bồn trộn sẽ sáng lên màu đỏ để thông báo có cốt liệu trong bồn.
Sau khi vận chuyển, cần xả hết sỏi, cát và xi măng vào thùng trộn để bắt đầu quá trình trộn khô Khi thời gian trộn khô kết thúc, sẽ tiến hành chuyển sang giai đoạn trộn ướt.
Hình 3.57 Mở van 2 nước và phụ gia xả vào bồn trộn
Hình 3.58 Bắt đầu trộn ướt
Khi quá trình trộn khô kết thúc, chuyển sang trộn ướt bằng cách mở van xả nước 2 và phụ gia 2 để xả nước và phụ gia vào bồn trộn Sau khi xả xong, hai van sẽ đóng lại và bồn trộn bắt đầu trộn ướt Quá trình trộn ướt sẽ tiếp tục cho đến khi hết thời gian cài đặt, sau đó bê tông thành phẩm sẽ được xả ra xe bồn.