Xây dựng hệ thống giám sát trạm trộn dùng PLC và WinCC qua mạng internet

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ở trong công xưởng để tiết kiệm nhân lực mà vẫn đòi hỏi phải có năng suất lao động cao là yêu cầu cấp thiết mà mỗi nhà máy đặt lên hàng đầu. Đối với ai đã làm trong lĩnh vực công nghiệp thì PLC là một giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa quá trình sản xuất. Việc lựa chọn PLC để điều khiển không chỉ bởi đó là một sự lựa chọn cho độ tin cậy cao đối với người sử dụng mà nó còn dễ dàng trong việc lập trình. Và điều quan trọng là giá thành của PLC ngày càng thấp. Vì vậy em đã chọn đề tài : “Xây dựng hệ thống giám sát trạm trộn dùng PLC và WinCC” Trạm trộn nhiên liệu dùng bộ điều khiển PLC được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế đặc biệt là trạm trộn bê tông, chính vì tính chất khả thi mà em đã chọn đồ án này làm đề tài tốt nghiệp. Trong thực tế việc trộn bê tông yêu cầu là phải trộn đúng tỷ lệ được tính toán và bê tông đưa ra phải đạt độ nhuyễn, dẻo. Bằng việc sử dụng PLC S7300 vào để lập trình cho cho trạm trộn bê tông. Trong quá trình làm đồ án em đã được thầy giáo TS. TRẦN SINH BIÊN và thầy giáo Th.S NGUYỄN VĂN TIẾN cùng các thầy cô trong khoa nhiệt tình hướng dẫn tìm hiểu, cũng như xây dựng mô hình giám sát cho trạm trộn bê tông. Trong đồ án này em xin trình bày nội dung như sau: Chương 1. Tổng quan về hệ thống trạm trộn bê tông Chương 2. Tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp Simatic Net Chương 3. Xây dựng chương trình trên PLC và giám sát trên WinCC qua mạng Internet Do kinh nghiệm thực tế còn có hạn nên trong đồ án này em sẽ không tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến và sự giúp đỡ của thầy cô để đồ án của em hoàn thiện hơn. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 4 1.1. Khái niệm và phân loại bê tông 4 1.1.1. Khái niêm 4 1.1.2. Phân loại 5 1.1.3. Vật liệu làm bê tông 5 1.1.4. Thành phần vật liệu của bê tông 7 1.2. Tổng quan về trạm trộn bê tông 9 1.2.1. Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông 9 1.2.2. Cấu tạo chung của trạm trộn 9 1.2.3. Phân loại trạm trộn 10 1.3. Một số thiết bị trong trạm trộn bê tông 12 1.3.1. Động cơ điện 12 1.3.2. Mạch lực 14 1.3.3. Định lượng vật liệu 24 1.3.4. Băng tải 25 1.3.5. PLC S7 300 26 CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SIMATIC NET 28 2.1. Tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp 28 2.1.1. Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp 28 2.1.2. Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng công nghiệp 29 2.1.3. Hệ thống mạng trong hệ thống sản xuất tự động 29 2.1.4. Truyền thông giữa PLC và PC 33 2.2. Giới thiệu về SIMATIC PLC S7 300 35 2.2.1. Giới thiệu về PLC 35 2.2.2. Cấu trúc bộ nhớ 36 2.2.3. Cấu trúc phần cứng PLC họ S7 37 2.3. Phần mềm lập trình STEP 7 MANAGER 40 2.4. Phần mềm mô phỏng WINCC 42 2.4.1. Giới thiệu về Wincc 42 2.4.2. Các công cụ của phần mềm Wincc 43 CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TRÊN PLC VÀ GIÁM SÁT TRÊN WINCC QUA MẠNG INTERNET 45 3.1. Xây dựng chương trình điều khiển trên PLC 45 3.1.1. Lưu đồ thuật toán chương trình 45 3.1.2. Phân công địa chỉ đầu vàora cho PLC 48 3.1.3. Chương trình điều khiển. 51 3.2. Xây dựng giao diện giám sát trên WinCC 51 3.2.1. Tạo một Project trong Wincc 52 3.2.2. Thiết kế mô hình giám sát cho trạm trộn bê tông 55 3.2.3. Thuyết minh nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông 60 3.2.4. Quy trình thao tác thực hiện trộn bê tông tự động 60 3.3. Hệ thống quản lý, điều khiển và giám sát thông qua Internet 64 3.3.1. Wincc Web Navigator 64 3.3.2. Cài đặt cấu hình làm Web Server 64 3.3.3. Thiết lập Web Naivigator trên máy chủ 65 3.3.4. Khách hàng truy cập vào các trang web về dự án 67 3.3.5. Đăng ký tên miền có hỗ trợ Dynamic DNS 69 3.3.6. Cấu hình NAT trên modem 70 3.3.7. Chương trình giám sát bằng Wincc thông qua mạng Internet 71 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 74

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

1.1 Khái niệm và phân loại bê tông

4 Thành phần vật liệu của bê tông

1.2 Tổng quan về trạm trộn bê tông

1.2.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông

1.2.2 Cấu tạo chung của trạm trộn

2.1.1 Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp

2.1.2 Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng công nghiệp

2.1.3 Hệ thống mạng trong hệ thống sản xuất tự động

2.1.4 Truyền thông giữa PLC và PC

2.2 Giới thiệu về SIMATIC PLC S7 300

2.4.1 Giới thiệu về Wincc

2.4.2 Các công cụ của phần mềm Wincc

CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TRÊN PLC VÀ GIÁM SÁTTRÊN WINCC QUA MẠNG INTERNET

3.1 Xây dựng chương trình điều khiển trên PLC

3.1.1 Lưu đồ thuật toán chương trình

3.1.2 Phân công địa chỉ đầu vào/ra cho PLC

3.1.3 Chương trình điều khiển

3.2 Xây dựng giao diện giám sát trên WinCC

3.2.1 Tạo một Project trong Wincc

3.2.2 Thiết kế mô hình giám sát cho trạm trộn bê tông

3.2.3 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông

3.2.4 Quy trình thao tác thực hiện trộn bê tông tự động

3.3 Hệ thống quản lý, điều khiển và giám sát thông qua Internet

3.3.1 Wincc Web Navigator

3.3.2 Cài đặt cấu hình làm Web Server

3.3.3 Thiết lập Web Naivigator trên máy chủ

3.3.4 Khách hàng truy cập vào các trang web về dự án

3.3.5 Đăng ký tên miền có hỗ trợ Dynamic DNS

3.3.6 Cấu hình NAT trên modem

3.3.7 Chương trình giám sát bằng Wincc thông qua mạng Internet

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ở trong côngxưởng để tiết kiệm nhân lực mà vẫn đòi hỏi phải có năng suất lao động cao làyêu cầu cấp thiết mà mỗi nhà máy đặt lên hàng đầu Đối với ai đã làm trong lĩnhvực công nghiệp thì PLC là một giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa quátrình sản xuất Việc lựa chọn PLC để điều khiển không chỉ bởi đó là một sự lựachọn cho độ tin cậy cao đối với người sử dụng mà nó còn dễ dàng trong việc lậptrình Và điều quan trọng là giá thành của PLC ngày càng thấp Vì vậy em đãchọn đề tài :

“Xây dựng hệ thống giám sát trạm trộn dùng PLC và WinCC”

Trạm trộn nhiên liệu dùng bộ điều khiển PLC được ứng dụng rất rộng rãitrong thực tế đặc biệt là trạm trộn bê tông, chính vì tính chất khả thi mà em đãchọn đồ án này làm đề tài tốt nghiệp Trong thực tế việc trộn bê tông yêu cầu làphải trộn đúng tỷ lệ được tính toán và bê tông đưa ra phải đạt độ nhuyễn, dẻo.Bằng việc sử dụng PLC S7-300 vào để lập trình cho cho trạm trộn bê tông

Trong quá trình làm đồ án em đã được thầy giáo TS TRẦN SINH BIÊN

và thầy giáo Th.S NGUYỄN VĂN TIẾN cùng các thầy cô trong khoa nhiệt tìnhhướng dẫn tìm hiểu, cũng như xây dựng mô hình giám sát cho trạm trộn bê tông.Trong đồ án này em xin trình bày nội dung như sau:

Chương 1 Tổng quan về hệ thống trạm trộn bê tông

Chương 2 Tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp Simatic NetChương 3 Xây dựng chương trình trên PLC và giám sát trên WinCC quamạng Internet

Do kinh nghiệm thực tế còn có hạn nên trong đồ án này em sẽ khôngtránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến và sự giúp đỡcủa thầy cô để đồ án của em hoàn thiện hơn

Hải Phòng, ngày 10 tháng 2 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Vũ Đức Thịnh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI BÊ TÔNG

1.1.1 Khái niệm

Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước Trong

đó cát, đá chiếm 80÷85%, xi măng chiếm 8÷15%, còn lại là khối lượng nước.Ngoài ra còn có thêm phụ gia vào để thoả mãn yêu cầu đặt ra

Hỗn hợp vật liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông, hỗn hợp bêtông phải có độ dẻo nhất định, tạo hình và dầm chặt được dễ dàng

Cốt liệu có vai trò là bộ khung chịu lực, vữa xi măng và nước bao bọcxung quanh đóng vai trò là chất kết dính, đồng thời lấp đầy khoảng trống của cốtliệu Khi rắn chắc, hồ xi măng kết dính các cốt liệu thành một khối đá và đượcgọi là bê tông Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép

Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực từngoài mà không bị phá hoại Cường độ của bê tông phản ánh khả năng chịu lựccủa nó Cường độ của bê tông phụ thuộc vào tính chất của xi măng, tỷ lệ nước

và xi măng, phương pháp đổ bê tông và điều kiện đông cứng

Đặc trưng cơ bản của cường độ bê tông là "mác" hay còn gọi là "số liệu".Mác bê tông ký hiệu M, là cường độ chịu nén tính theo (N/cm2) của mẫu

bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15cm, tuổi 28 ngàyđược dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn (t0 20±20C), độ ẩmkhông khí W 90÷100%

Mác M là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu.Tiêu chuẩn Nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế sau:

- Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500,M600 Bê tông nặng có khối lượng riêng khoảng 1800÷2500kg/m3 cốt liệu sỏi

đá đặc chắc

- Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300 bê tông nhẹ

có khối lượng riêng trong khoảng 800÷1800kg/m3, cốt liệu là các loại đá có lỗrỗng, keramzit, xỉ quặng

Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn

M150 Cường độ của bê tông tăng theo thời gian, đây là một tính chất đáng quýcủa bê tông, đảm bảo cho công trình làm bằng bê tông bền lâu hơn những côngtrình làm bằng gạch, đá, gỗ, thép Lúc đầu cường độ bê tông tăng lên rất nhanh,sau đó tốc độ giảm dần Trong môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) thuận lợi sự tăngcường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt

độ thấp thì cường độ bê tông tăng không đáng kể [1]

1.1.2 Phân loại

Bê tông có nhiều loại, có thể phân loại như sau:

*Theo cường độ ta có:

Bê tông thường có cường độ từ 150 ÷400 daN/cm2

Bê tông chất lượng cao có cường độ từ 500 ÷1400 daN/ cm2

*Theo loại kết dính:

Bê tông xi măng, bê tông silicát, bê tông thạch cao, bê tông polime, bêtông đặc biệt

*Theo loại cốt liệu:

Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt, bêtông cốt kim loại

*Theo phạm vi sử dụng:

Bê tông thường được dùng trong kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột,dầm, sàn) Bê tông thuỷ công dùng để xây đập Bê tông đặc biệt, bê tông chịunhiệt, bê tông chống phóng xạ [1]

1.1.3 Vật liệu làm bê tông

Để kết cấu được bê tông nhất thiết cần có các nguyên liệu sau:

xa nhau một chút (với cự li bằng 243 lần đường kính hạt xi măng)

Trong trường hợp này phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độcủa bê tông khá cao và yêu cầu cốt liệu cao hơn cường độ bê tông khoảng 1,5lần Khi bê tông chứa lượng hồ xi măng lớn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhauhơn đến mức chúng hầu như không có tác dụng tương hỗ nhau Khi đó cường độcủa đá, xi măng và cường độ của vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đếncường độ bê tông nên yêu cầu cốt liệu thấp hơn

Tuỳ yêu cầu của loại bê tông có thể dùng các loại xi măng khác nhau, cóthể dùng xi măng pô lăng, xi măng pô lăng bền sunfat, xi măng pôlăng xủ, ximăng puzolan và các chất kết dính khác để thoả mãn yêu cầu của chương trình

b Cốt liệu nhỏ – cát

Cát để làm bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ(0,14÷5) mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), từ (0,15÷4,75) mm theo tiêuchuẩn Mỹ, từ (0,08÷5) mm TCVN Lượng cát khi trộn với xi măng và nước, phụgia phải được tính toán hợp lý, nếu nhiều cát quá thì tốn xi măng không kinh tế

và ít cát quá thì cường độ bê tông giảm

c Cốt liệu lớn - đá dăm hoặc sỏi

Sỏi có mặt tròn, nhẵn, độ rộng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước,tốn xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nêncường độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm Ngược lại đá dăm được đập vỡ

có nhiều góc cạnh, diện tích mặt ngoài lớn và không nhẵn nên lực dính bám vớivữa xi măng lớn tạo ra được bê tông có cường độ cao hơn Tuy nhiên mác của ximăng đá dăm phải cao hơn hay bằng mác của bê tông tạo ra hay bê tông cần sảnxuất

d Nước

Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảodưỡng bê tông) phải đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết vàthời gian rắn chắc của xi măng và không ăn mòn thép Nước sinh hoạt là nước

có thể dùng được

Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác củahỗn hợp bê tông Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ

xi măng và lượng nước do cốt liệu Lượng nước trong bê tông xác định tính chấtcủa hỗn hợp bê tông Khi lượng nước quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tửnước chỉ hấp thụ trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp,lượng nước tăng đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nướctrên mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giảm xuống, độ lưu động tăng thêm, lượngnước ứng với lúc bê tông có độ lưu động lớn nhất mà không bị phân tầng gọi làkhả năng giữ nước của hỗn hợp.

Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việctrong nước bẩn nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trongmột lít nước Tuy nhiên cường độ bê tông sẽ giảm và không được sử dụng trong

1.1.4 Thành phần vật liệu của bê tông

Thành phần vật liệu của bê tông đóng vai trò quyết định đến chất lượnghay quyết định đến cường độ chịu lực cũng như mác của bê tông Từ thựcnghiệm người ta đã xác định được mác của bê tông ứng với từng loại vật liệu

nhất định với một tỉ lệ xác định, ngược lại từ mác của bê tông người ta dễ dàngtra được tỉ lệ thành phần trong bê tông.

Sau đây là một trong số mác bê tông do trạm bê tông thương phẩm Tây Mỗ– Công ty cổ phần cơ giới lắp máy và xây dựng (VIMECO) cấp mẫu

Cơ quan cấp mẫu : Trạm bê tông thương phẩm Tây Mỗ (VIMECO)

Bảng 1.1 Bảng thành phần cấp phối bê tông

- Dùng xi măng PC30 hoặc (PCB 30): độ sụt của hỗn hợp bê tông là 2÷4 cm

Đá dmax=20 mm (40÷70)% cỡ 0,5x1 cm và (30÷60) % cỡ 1x2 cm:

Thành phần

vật liệu

Đơnvị

1.2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

1.2.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông

Thùng cân nước

Thùng cân xi măng

Xả

Xả Xả

Xả Xả

xây dựng Chính vì vậy để thiết kế những dây chuyền bê tông tự động là điều

cần thiết cho mỗi công trường cũng như ngành xây dựng trong nước

+/ Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính:

Bộ phận chứa vật liệu và nước, bộ phận định lượng và máy trộn Giữa các

bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và các phễu chứa trung gian

Công nghệ sản xuất bê tông nói chung tương tự nhau:

Vật liệu sau khi định lượng được đưa vào trộn đều Trong trường hợp kếthợp sản xuất bê tông và vữa xây dựng trong một dây chuyền thì có thể giảmđược 32% diện tích mặt bằng, từ 30÷50% công nhân, từ 8÷19% vốn đầu tư thiết

bị Một nhà máy bê tông và vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông vàvữa cung cấp không quá 300.000 m3 / năm [1]

1.2.2 Cấu tạo chung của trạm trộn

Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính: Bãi chứa cốt liệu, hệ thống máytrộn bê tông và hệ thống cung cấp điện

Hình 1.1: Sơ đồ khối trạm trộn bê tông

a Bãi chứa cốt liệu

Bãi chứa cốt liệu là một khoảng đất trống dùng để chứa cốt liệu (cát, đá to

đá nhỏ) ở đây cát, đá to, đá nhỏ được chất thành các đống riêng biệt

Yêu cầu đối với bãi chứa cốt liệu phải rộng và thuận tiện cho việc chuyênchở cũng như lấy cốt liệu đưa lên máy trộn

b Hệ thống máy trộn bê tông

Hệ thống máy trộn bê tông bao gồm hệ thống thùng chứa liên kết với hệthống định lượng dùng để xác định chính xác tỉ lệ các loại nguyên vật liệu cấu tạonên bê tông Băng tải dùng để đưa cốt liệu vào thùng trộn và gồm máy bơm nước,máy bơm phụ gia, xi lô chứa xi măng, vít tải xi măng, thùng trộn bê tông, hệthống khí nén

Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và phễu chứa trunggian

c Hệ thống cung cấp điện

Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có công suất lớn vì vậy trạm trộn

bê tông cần có một hệ thống cung cấp điện phù hợp để cung cấp cho các động cơ

và nhiều thiết bị khác

1.2.3 Phân loại trạm trộn

Dựa theo năng suất, người ta chia các nơi sản xuất bê tông thành 3 loại :

- Trạm bê tông năng suất nhỏ (10÷30 m3 / h)

- Trạm trộn bê tông năng suất trung bình (30÷60 m3 / h)

- Nhà máy sản xuất bê tông năng suất lớn (60÷120 m3 / h)

Có 2 dạng trạm trộn:

a Trạm cố định

Trạm phục vụ cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ đồng thời cungcấp bê tông phục vụ trong phạm vi bán kính làm việc hiệu quả Thiết bị của trạmđược bố trí theo dạng tháp, một công đoạn có ý nghĩa là vật liệu được đưa lên caomột lần, thao tác công nghệ được tiến hành Thường vật liệu được đưa lên độ cao

từ (18÷20) m so với mặt đất, chứa trong các phễu xi măng (chứa trong xi lô)

Trong quá trình dịch chuyển xuống chúng được đi qua cân định lượng sau

đó đưa vào máy trộn Điểm cuối cùng của cửa xả bê tông phải cao hơn miệng cửa

nhận của thiết bị nhận bê tông.Trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn

bê tông nào chỉ cần chúng đảm bảo mối tương quan về năng suất với các thiết bịkhác Để phục vụ cho công tác bê tông yêu cầu khối lượng lớn, tập trung, đường

xá vận chuyển thuận lợi, cự ly vận chuyển dưới 30 km thì sử dụng trạm này làkinh tế nhất

Trong trường hợp vừa có các công trình tập trung yêu cầu khối lượng lớn,vừa có các điểm xây dựng phân tán đặc trưng cho các đô thị Việt Nam cần sửdụng sơ đồ hỗn hợp, vừa cấp hỗn hợp khô cho các công trình nhỏ, phân tánđường xá lưu thông kém Nếu cung cấp bê tông thì phải dùng ôtô trộn còn cungcấp hỗn hợp khô thì việc trộn sẽ được tiến hành trên đường vận chuyển hay tạinơi đổ bê tông

b Trạm tháo lắp di chuyển được

Dạng này có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng, di động phục vụ một số vùnghay công trình lớn trong một thời gian nhất định Thiết bị công nghệ của trạmthường được bố trí dạng 2 hay nhiều công đoạn, nghĩa là vật liệu được đưa lêncao nhờ các thiết bị ít nhất là 2 lần Thường trong giai đoạn này phần định lượngriêng và phần trộn riêng, giữa hai phần được nối với nhau bằng thiết bị vậnchuyển (gầu vận chuyển, băng tải xe, xe vận chuyển)

Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băngchuyền vào các phễu riêng biệt sau đó là quá trình định lượng Tiếp theo vậtliệu được đưa lên cao lần nữa để cho vào máy trộn

Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn nàomiễn là đảm bảo mối tương quan về năng suất và chế độ làm việc của các thiết bịkhác Cửa xả phải cao hơn cửa nhận bê tông của thiết bị vận chuyển (nếu thápcao hơn phải đưa lên cao một lần nữa) So với dạng cố định loại trạm này có độcao nhỏ hơn nhiều (từ 7m÷10m) nhưng lại chiếm mặt bằng khá lớn Phần diệntích dành cho khu vực định lượng, phần diện tích dành cho trộn bê tông và phầnnối giữa hai khu vực dành cho vận chuyển Trên thực tế, tổng mặt bằng cho loạitrạm này nhỏ hơn vì chúng có sản lượng nhỏ hơn nên bãi chứa cũng nhỏ hơn

Khi xây dựng các công trình phân tán, đường xấu, lưu thông xe không tốtthường sử dụng các trạm trộn di động hoặc cung cấp bê tông khô trên các ô tôtrộn Việc trộn được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông [1]

Hình 1.2: Mô hình trạm trộn bê tông tự động

1.3 MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

Trong trạm trộn bê tông ta chọn loại động cơ không đồng bộ với roto lồngsóc vì nó có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắctrực tiếp vào lưới điện 2 pha không cần biến đổi dòng điện, hiệu suất cao, chịuvượt tải tương đối tốt, thay đổi chiều quay và khởi động nhanh, dễ tự động hoá.Điều kiện vệ sinh công nghiệp tốt, ít gây ô nhiễm môi trường

Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ không đồng bộ để mở máy thì do lúc

đầu rotor chưa quay ( s=1 ) nên suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứngrất lớn Inm= ( 5-8)Iđm Dòng điện này rất lớn ở các động cơ có công suất trungbình và lớn, tạo nên nhiệt lớn, gây xung lực có hại cho động cơ Tuy dòng điệnngắn mạch lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ: Mnm=(0.5-1.5)Mđm

Do đó cần có biện pháp mở máy hợp lí Đối với một số động cơ công suấtnhỏ có thể mở máy bằng cách đấu trực tiếp vào lưới Trong trạm có một số động

cơ có công suất lớn như động cơ trộn 55KW, động cơ băng tải xiên 30KW…nên ở đây chọn phương pháp đổi nối Y-∆ khi mở máy

Động cơ làm việc bình thường ở chế độ ∆ các cuộn stator thì khi mở máy

có thể nối theo sơ đồ Y Mục đích là để giảm điện áp đặt vào cuộn stator khi đổinối vì ở sơ đồ ∆ thì Uph=Ud còn ở Y thì Uph = Ui / √3

Nhược điểm: Cosφ của máy thường không cao lắm và đặc tính điều chỉnh

Hệ điều khiển trạm trộn bê tông không yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ

do vậy để tiết kiệm chi phí và tăng độ tin cậy cho hệ thống ta dùng động cơkhông đồng bộ rôto lồng sóc

Trong toàn bộ hệ thống điện có 12 động cơ công suất từ nhỏ đến lớn, đềudùng nguồn 3 pha Với các động cơ công suất nhỏ như: động cơ bơm nước,động cơ bơm phụ gia, động cơ đầm rung ta có thể khởi động trực tiếp mà khôngcần dùng rơle nhiệt bảo vệ Các động cơ còn lại có công suất lớn hơn ta phải cóbiện pháp giảm dòng khởi động và phải có rơle nhiệt bảo vệ quá tải

a Các biện pháp khởi động động cơ

*Mở máy trực tiếp:

Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ vàolưới điện Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn, làm tụtđiện áp mạng điện rất nhiều Nếu quán tính máy lớn, thời gian mở máy sẽ rấtlâu, có thể tác động đến hệ thống bảo vệ Vì thế phương pháp này dùng được khicông suất mạng điện lớn hơn công suất động cơ rất nhiều

*Giảm điện áp Stato khi mở máy:

Khi mở máy ta giảm điện áp đặt vào động cơ, để giảm dòng điện mở máy.Khuyết điểm của phương pháp này là mô men mở máy sẽ giảm đi rất nhiều

Các biện pháp giảm điện áp đặt vào Stato của động cơ:

+Dùng điện kháng nối vào mạch Stato: Lúc mở máy ta đưa điện khángvào mạch Stato, điện áp rơi trên địên kháng giúp làm giám điện áp đặt trực tiếpvào động cơ đi k lần, song Mômen giảm đi k2 lần

+Dùng máy biến áp tự ngẫu: Điện áp mạng đặt vào sơ cấp máy biến áp ,điện áp thứ cấp đưa vào động, thay đổi vị trí con chạy để cho lúc mở máy điện

áp đặt vào động cơ nhỏ, sau đó tăng dần lên định mức

Điện áp pha mở máy động cơ là:

Z k

U Z

U I

.

1



Trong đó: k là hệ số biến áp

Zn là tổng trở động cơ lúc mở máy

U1 là điện áp pha lưới

Iđc là dòng điện mở máyDòng điện lưới I1 khi có biến áp:

k Zn

U k

k Zn

U I

*Đổi nối Sao- Tam giác (Y/ Δ)

Phương pháp này áp dụng cho động cơ lúc làm việc bình thường dây

quấn Stato đấu tam giác, khi mở máy động cơ đấu sao (Y) để điện áp đặt vào

mỗi pha giảm đi 3lần

Sau khi mở máy động cơ lại đổi nối tam giác như vậy dòng điện mở máygiảm đi 3lần, song mô men giảm đi 3 lần Tuy nhiên phương pháp này kinh tếhơn phương pháp trên

Với đặc điểm của động cơ trong hệ trạm trộn bê tông lúc khởi động khôngtải nhỏ, không cần mô men khởi động lớn và để kinh tế ta dùng phương phápđổi nối sao – tam giác (Y/ Δ).

Nguyên lý khởi động sao- tam giác (hình 1.4)

Khi công tắc tơ K1 có điện, các tiếp điểm K1 đóng lại cấp điện cho côngtắc tơ K1S

Khi công tắc tơ K1S có điện, các tiếp điểm K1S đóng lại cấp điện cho rơ

le thời gian 1Rth đồng thời cuộn dây stato của động cơ được đấu sao (động cơ

khởi động Y).

Sau khoảng thời gian khởi động sao đặt trước, các tiếp điểm thường đóng

mở chậm mở ra, ngắt công tắc tơ K1S ra khỏi nguồn điện đồng thời tiếp điểmthường mở đóng chậm đóng lại cấp điện cho công tắc tơ K1T, cuộn dây statocủa động cơ đấu Δ Động cơ làm việc đấu Δ

b Mạch động lực và mạch điều khiền trong trạm trộn bê tông

Mạch động lực trong trạm trộn bê tông như hình 1.4, 1.5, 1.6, 1.7

Mạch điều khiển có 2 chế độ tự động và bằng tay

+/ Chế độ tự động được điều khiển bằng PLC

+/ Chế độ bằng tay như hình 1.8, 1.9 Người vận hành gạt khóa về chế độđiều khiển bằng tay Để thực hiện quá trình cân cốt liệu, nước và phụ gia, ngườiđiều khiển sẽ ấn các nút trên bàn điều khiển

Một số ký hiệu trong sơ đồ:

Các động cơ:

M1:động cơ trộn

M2:động cơ kéo vít tải

M3:động cơ băng tải cát , đá 1, đá 2

M4:động cơ bơm nước lên thùng cân

M5:động cơ bơm phụ gia lên thùng cân

M6:động cơ nén khí

M7:động cơ đầm rung phễu cát

M8: động cơ đầm rung phễu đá 1

M9: động cơ đầm rung phễu đá 2.

M10:động cơ đầm rung xi lô xi măng

M11:động cơ rung cốt liệu

đổi nối sao – tam giác cho động cơ trộn bê tông đổi nối sao – tam giác cho động cơ băng tải cát, đá1, đá2

M3 3~ x3 z3

y3

a3 b3 c3

55KW Động cơ băng tải cát, đá1, đá2

K3

K3S RN3 RN3

K3T

M1 3~

Hình 1.5: Sơ đồ mạch động lực

AT3 AT2

z1 x1

K1S RN1 RN1

RN2 RN2

AT8 AT7

AT6 AT5

o

RN4 RN4 RN5 RN5 RN6 RN6 RN7 RN7 RN8 RN8

1KW Động cơbơm nước lênthùng cân

3KW Động cơnén khí

1KWĐộng cơ bơm phụgia lên thùng cân

0.18KWĐộng cơ rungphễu cátHình 1.6: Sơ đồ mạch động lực

2A 2B 2C

AT10 AT9

M9 3~

0.26KW

Động cơ rung

phễu đá 2

M10 3~

0.26KW

Động cơ rung cốt

liệu

M12 3~

o

D5 K5

động cơ bơm phụ gia lên thùng cân

K6

RN6

M6

D6 K6

Động cơ nén khí

Hình 1.8: Mạch điều khiển bằng tay

9

man=1 auto=0

+24VDC

7

9

1.3.3 Định lượng vật liệu

Bộ phận quan trọng nhất của một trạm trộn là bộ phận định lượng nguyênliệu Để có được bê tông theo đúng Mác yêu cầu ta phải đảm bảo độ chính xác

về tỷ lệ các thành phần xi măng, nước, cát và phụ gia

Việc định lượng vật liệu trước đây dùng dây cơ khí, hiện tại thường đượcthực hiện chủ yếu trên các cân băng tải hay các cân có bộ cảm biến trọng lượngLoadcell

a Khái niệm và nguyên lý hoạt động của Loadcell

Loadcell là thiết bị điện dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thànhtín hiệu điện

Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Giá trịlực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đótrả về tín hiệu điện áp tỉ lệ

b Cấu tạo

Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Straingage" và thành phần còn lại là "Load" Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉnhỏ bằng móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôibằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load” - một thanh kim loạichịu tải có tính đàn hồi

Tùy hãng sản xuất mà các đầu LoadCell có màu sắc khác nhau Có thể kể

ra như sau:

Hình 1.10: Sơ đồ đấu dây của LoadCell

Bảng 1.2 Một số màu sắc dây hay gặp trong thực tế của loadcell.

Hình 1.11: Cấu tạo của LoadcellKhi không bị tác động, điện trở của các strain gage bằng nhau cầu ở trạngthái cân bằng Khi bị tác động biến dạng, các strain gage thay đổi điện trở làmcầu cân bằng làm xuất hiện ở ngõ ra một điện áp V0

1.3.4 Băng tải

Băng tải là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt, cụctheo phương nằm ngang, hoặc theo mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng không lớnhơn 300)

Trong mô hình trạm trộn bê tông thì băng tải luôn hoạt động vận chuyểnđồng thời cả cát và đá Được đặt nghiêng 1 góc <30° để chuyển cốt liệu lênthùng trộn

1.3.5 PLC S7 300

Mô hình sử dụng PLC S7 - 300 có module CPU 314.

Hình 1.12 Hình ảnh module CPU 314Cấu tạo mặt ngoài của module

Hình 1.13: Hình ảnh mặt ngoài của PLC 314Trong đó:

+ Đèn SF: Đèn báo báo lỗi CPU.

+ Đèn BAF: Đèn báo báo nguồn ắc quy.

+Đèn DC 5V: Đèn báo nguồn 5V.

+ Đèn RUN: Đèn báo chế độ PLC đang làm việc

+ Đèn STOP: Đèn báo PLC đang ở chế độ dừng.

+ RUN –P: Công tắc chuyển chế độ vừa chạy vừa sửa chương trình.

+ RUN: Công tắc bật PLC (PLC chế độ làm việc)

+ STOP: Công tắc dừng hoạt động ( PLC ở chế độ nghỉ)

+ MRES: Vị trí chỉ định chế độ xóa chương trình trong CPU

Muốn xóa chương trình trong PLC thì giữ nút bấm về vị trí MRES để đènSTOP nhấp nháy, khi thôi không nhấp nháy thì nhả nhanh tay Làm lại nhanh

một lần nữa ( không để ý đèn STOP) nếu đèn vàng nhấp nháy nhiều lần làxong,nếu không thì phải làm lại.

Bảng 1.6 Cấu hình cứng của S7-300 CPU 314 6E7314-1AG13-0AB0:

 Nguồn cung cấp 24VDC

 Dòng tiêu thụ: 2,5A

 Công suất tiêu thụ :2,5W

 Working memory: 96Kbyte

 Phụ kiện yêu cầu: Thẻ nhớ (MICRO MEMORY CARD)

 Bộ nhớ chương trình MMC (tối đa 8MB)

 Bộ đếm 256

 Bộ định thời 256

 Vùng địa chỉ vào/ra:1024/1024 byte (có thể định địa chỉ tự do)

 Vùng đệm vào/ra 128/128 byte

 Kênh số tối đa 1024

 Kênh tương tự tối đa 256

 Khả năng mở rộng module:

+Số Rack mở rộng tối đa: 4

+Số module tối đa cho mỗi Rack:8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG

NGHIỆP SIMATIC NET

2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

2.1.1 Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệmchung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp được sử dụng

để ghép nối các thiết bị công nghiệp Các hệ thống truyền thông công nghiệpphổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các bộcảm biến, cơ cấu chấp hành dưới mức trường cho đến các máy tính điều khiển,thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính trên cấp điềuhành xí nghiệp, quản lý công ty

Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạngmáy tính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở những điểm giốngnhau và khác nhau như sau :

Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung Mạngmáy tính sử dụng trong công nghiệp được coi là một phần (ở các cấp điều khiểngiám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty) trong mô hình phân cấp củamạng công nghiệp

Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhau, ví dụ có thể nhỏ nhưmạng LAN cho một nhóm vài máy tính, hoặc rất lớn như mạng Internet Trongnhiều trường hợp, mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu củamạng viễn thông Trong khi đó, cho đến nay các hệ thống mạng công nghiệpthường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp

Chính vì vậy với đề tài thiết lập mạng truyền thông internet sẽ mở ra mộthướng đi mới cho hệ thống mạng công nghiệp Sự phát triển của internet giúpviệc quản lý, giám sát và điều khiển các hệ thống công nghiệp trở lên dễ dànghơn Và có thể thực hiện thành những mã nhúng tùy chọn thuận tiện đưa vào các

hệ thống giám sát sử dụng trên nền WINCC [4]

2.1.2 Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng công nghiệp

Để sắp xếp, phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống mạng truyềnthông công nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp hệ thống sản xuất tự động Vớiloại mô hình này các chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau, đượcminh họa ở hình dưới

Hình 2.1: Mô hình phân cấp chức năng của một hệ thống sản xuất tự độngCàng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơnđòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Tương ứng với 5cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông Từ cấp điều khiển giám sáttrở xuống thuật ngữ “Bus” được thay thế cho “mạng” [4]

2.1.3 Hệ thống mạng trong hệ thống sản xuất tự động

Theo yêu cầu về chức năng các lớp trong tổ chức điều hành, quản lý sảnxuất thì mạng công nghiệp đựợc chia thành nhiều cấp: Cấp điều hành quản lý,cấp phân xưởng, cấp trường, cấp chấp hành Hiện nay trong các mạng côngnghiệp thì mạng truyền thông công nghiệp SIMATIC NET của hãng Siemens làphổ biến SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điềukhiển của SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc SIMATIC NET baogồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyềnthông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, cácmodule cho phép kết nối mạng LAN (Communication Processor hoặc IM)

Với hệ thống SIMATIC NET, SIEMENS cung cấp hệ thống truyền thông

mở cho nhiều cấp khác nhau của các quá trình tự động hoá trong môi trườngcông nghiệp Hệ truyền thông SIMATIC NET dựa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tếISO/OSI cơ sở của các hệ thống truyền thông này là các mạng cục bộ (LAN), cóthể thực hiện theo nhiều cách khác nhau: điện học, quang học, không dây hoặckết hợp cả ba cách trên Theo phương pháp tổ chức hệ thống như trên SIMATICcung cấp các loại sub-net như:

a Mạng PPI

PPI thực hiện truyền thông nối tiếp điểm tới điểm Ghép nối điểm tớiđiểm có thể là ghép nối giữa hai thiết bị tự động hoá với nhau, hay ghép nối giữathiết bị với máy tính hoặc với thiết bị truyền thông khác

Tính chất đặc trưng của mạng PPI:

- Ghép nối giữa hai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông quadriver đặc biệt

- Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa truyền kiểu ASCII

Thông số kỹ thuật của PPI:

C7 Thiết lập mạng MPI phục vụ cho mục đích ghép nối một số lượng hạn chếcác trạm (không quá 32 trạm) và dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ truyềntối đa là 187,5 Kbps Phương pháp thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạngMPI là Token Passing.

Đặc điểm cơ bản của mạng MPI:

- Các thiết bị trong mạng thuộc SIMATIC S7/M7 và C7 vì vậy cho phépthiết lập mạng đơn giản

- Mạng được thiết lập với số lượng hạn chế các thành viên và chỉ có khảnăng trao đổi một dung lượng thông tin nhỏ

- Truyền thông thông qua bảng dữ liệu toàn cục gọi tắt là GD Bằngphương pháp này cho phép thiết lập bảng truyền thông giữa các trạm trongmạng trước khi thực hiện truyền thông

- Có khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau

Thông số kỹ thuật của mạng MPI:

- Chuẩn SIEMENS

- Số trạm cho phép Max 32

- Phương pháp thâm nhập đường dẫn Token Passing

- Tốc độ truyền thông Max 187,5 Kbit/s

- Môi trường truyền dẫn đôi dây kép có bọc kim chống nhiễu, cáp quang (thuỷ tinh hoặc chất dẻo)

- Chiều dài lớn nhất của mạng 50 m, với Repeater 1100 m, với cáp quang qua OLM>100 km

- Cấu trúc mạng (Topology) đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn

- Dịch vụ truyền thông các hàm chức năng của S7 bảng dữ liệu truyền thông toàn cục (GD)

Hình 2.3: Kết nối bằng mạng MPI

c Mạng Profibus

PROFIBUS được thiết lập theo phương pháp hệ truyền thông mở, khôngphụ thuộc vào nhà chế tạo (Open Communication Network) phục vụ cho các cấpphân xưởng và cấp trường Mạng PROFIBUS tuân theo chuẩn EN 50170 chophép kết nối các bộ điều khiển PLC, các thiết bị vào/ra phân tán, các bộ lập trìnhPC/PG, các cơ cấu chấp hành, các thiết bị hãng khác

Mạng Profibus cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau:

PROFIBUS – DP: Phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi

tốc độ truyền nhanh Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chếMaster/Slave Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP chophép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (MultiMaster) Một đặc trưng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thểlên tới 12 Mbit/s

PROFIBUS – FMS: Trao đổi lượng thông tin trung bình giữa các thành

viên bình đẳng với nhau trong mạng PROFIBUS – FMS được dùng chủ yếucho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát

PROFIBUS – PA: Được thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm Là

sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp truyền dẫn an toàn trong môitrường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2 PROFIBUS – PA là loại bus trườngcho các hệ thống điều khiển phân tán trong công nghiệp hoá chất và hoá dầu

Hình 2.4: Kết nối bằng mạng Profibus

d Mạng Industrial Ethernet (IE)

IE mạng Ethernet công nghiệp là mạng phục vụ cho cấp quản lý và cấp

phân xưởng để thực hiện truyền thông giữa máy tính và hệ thống tự động hoá.

Tính chất đặc trưng của mạng Ethernet:

- Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO và TCP/IP

- Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn đã chọn giao thức CSMA/CD thì cácthành viên trong mạng Ethernet công nghiệp đều bình đẳng với nhau

- Ethernet công nghiệp là mạng truyền thông mở

Thông số kỹ thuật của mạng Ethernet:

- Chuẩn truyền thông: IEEE 802.3

- Số lượng trạm: Max 1024 trạm

- Phương pháp thâm nhập đường dẫn: CSMA /CD

- Môi trường truyền thông: Dây dẫn: cáp đồng hoặc cáp đôi dây xoắn; Cápquang: là cáp thủy tinh hoặc chất dẻo

- Kiểu nối: Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn

- Dịch vụ truyền thông: S7-FunctionISO-Transport ISO-on-TCP

.Hình 2.5: Kết nối bằng mạng EthernetGiao thức CSMA/CD

Mọi giao tiếp Ethernet đều có cơ hội ngang nhau trong việc truyền thôngtin trong mạng (Đa truy nhập - Multiple Access)

Giao thức CSMA/CD được thiết kế nhằm cung cấp cơ hội ngang bằngtruy nhập kênh chung cho mọi trạm trong mạng Sau khi gói tin được gửi đi mỗitrạm trong mạng sẽ sử dụng giao thức CSMA/CD để xem trạm nào sẽ được gửitiếp sau Và hiện nay với sự phát triển của công nghệ thông tin thì mạng Internet

áp dụng trong công nghiệp cũng là một hướng phát triển mới [4]

2.1.4 Truyền thông giữa PLC và PC

Bộ chuyển đổi tín hiệu (Card MPI)

Bộ chuyển đổi tín hiệu (Card MPI)

Để truyền thông giữa PLC và PC ta phải có cáp nối giữa PLC và PC Tadùng cáp nối PC/MPI qua bộ chuyển đổi RS232/RS485

- Cơ chế truy xuất dữ liệu của PLC từ PC:

+ Máy tính đọc dữ liệu từ PLC:

Để dọc dữ liệu của PLC máy tính gửi tín hiệu đến PLC yêu cầu PLCtruyền dữ liệu đến nó Khi PLC nhận được yêu cầu gửi dữ liệu từ PC thì nótruyền dữ liệu đến PC Máy tính nhận dữ liệu từ PLC gử đến và nó sẽ thông báocho PLC biết là đã nhận được dữ liệu

Hình 2.7: PC ghi dữ liệu về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC + PLC gửi dữ liệu đến máy tính:

Bộ chuyển đổi tín hiệu (Card MPI)

Trường hợp này thuộc loại truyền thông một chiều từ PLC đến PC

2.2 GIỚI THIỆU VỀ SIMATIC PLC S7-300

2.2.1 Giới thiệu về PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) làloại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông quamột ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số

Hình 2.9: Thiết bị điều khiển logic khả trình

Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ PLC dưới dạngcác khối chương trình và thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét PLC thực hiệnchương trình theo chu kì lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (Scan) [3]

Hình 2.8: PC gửi dữ liệu đến máy tính

Hình 2.10: Vòng quét của PLC S7-300

2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ

Bộ nhớ của S7-300 được chia làm ba vùng chính :

1) Vùng chứa chương trình ứng dụng Vùng nhớ được chia thành 3 miền :

- OB (Organiation block): Miền chứa chương trình tổ chức

- FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chứa thành hàm có biếnhình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

- FB (Function block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và

có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một chương trình nào khác Các dữ liệunày phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-data block).2) Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phânchia thành 7 miền khác nhau bao gồm:

- I (Process image input):Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.Trước khi bắtđầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào

- T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer )bao gồm việc lưu giữ giá trị thờigian đặt trước (PV-Preset value) , giá trị đếm thời gian tức thời (CV-current

value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.

- C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước(PV-Preset value) ,giá trị đếm tức thời (CV-Current value) và giá trị logic đầu racủa bộ đếm

- PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input) Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển

tự động theo các địa chỉ Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW), từng từ kép (PID)

- PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự, các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW), từng từ kép (PQD)

3) Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại :

- DB (Data Block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW), từ kép (DBD)

- L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình

OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó Nội dung của một số

dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong

OB, FC, FB Miền này có thể được truy cập từ chương trình theo bit (L), theo byte (LB), theo từ (LW), hoặc theo từ kép (LD) [3]

2.2.3 Cấu trúc phần cứng PLC họ S7

Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần

lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị

cứng hoá về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các Modul Số các Modul

được 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 được gọi chung là Modul mở rộng Tất cả các Modul được gắn trên những thanh ray (Rack).

Hình 2.11: Cấu trúc PLC S7-300

- Modul CPU: Modul CPU là loại Modul chứa vi xử lí, hệ điều hành, bộ nhớ,các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) Và có thể còn có một vàicổng vào ra số Các cổng vào ra số trên CPU được gọi là cổng vào ra Onboard

Trong họ PLC S7_300 có nhiều loại CPU khác nhau : CPU 312, CPU

314, CPU 315 Những Modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lí nhưng khácnhau về cổng vào ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt tích hợp sẵn trongthư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào ra onboard này sẽđược phân biệt với nhau trong tên gọi bằng tên cụm chữ cái IFM (viết tắt củaIntergrated Function Module) Ví dụ Module CPU 312IFM, Modul314 IFM…

Hình 2.12: Modul CPUNgoài ra còn có các loại module hai cổng truyền thông, trong đó cổngtruyền thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Cácloại module CPU được phân biệt với những loại CPU khác bằng thêm cụm từ

DP (Distrubited port) trong tên gọi Ví dụ module CPU 315-DP

- Module mở rộng

+PS (Power Supply) : Module nguồn nuôi, có 3 loại 2A, 5A và 10A

+SM (Signal Module) : Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có:

+ DI (Digital Input) : Module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng có thể

là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24VDC và 120/230VAC

+ DO (Digital Output) : Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng cóthể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24VDC và ngắt điện từ.+ DI/DO (Digital Input/Digital Out) : Module mở rộng các cổng vào/ra số với

số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy theo từng loại module.+ AI (Analog Input) : Module mở rộng các cổng vào tương tự Về bản chấtchúng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệutương tự được chuyển đổi thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits Sốcác cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module Tín hiệu vào

có thể là áp, dòng, điện trở

+ AO (Analog Output) : Module mở rộng các cổng ra tương tự Chúng là những

bộ chuyển đổi số tương tự 12 bits (DA) Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4hoặc 8 tùy theo loại module Tín hiệu ra có thể là áp hoặc dòng

+ AI/AO (Analog Input/Analog Output) : Module mở rộng các cổng vào/ratương tự Số các cổng tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy theo từngloại module

+ IM (Interface Module) : Module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng cónhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau Thông thường cácmodule mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh rack Trên mỗi thanhrack chỉ có thể gá tối đa 8 module mở rộng (không kể module CPU, nguồnnuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks

và các racks này phải được nối với nhau bằng module IM

+ FM (Function Module) : Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ nhưmodule điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước, modulePID, module điều khiển vòng kín, Module đếm, định vị, điều khiển hồi tiếp …+ CP (Communication Module) : Module phục vụ truyền thông trong mạng(MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLCvới máy tính Các module được ghép với nhau trên một thanh rack được truyền

thông qua một bus nối giữa các module theo thứ tự trên thanh rack lại với nhau.Bus này được bắt đầu từ module CPU [3]

Hình 2.13: Nguyên lý trao đổi giữa CPU vào các module

Hình 2.14: Cấu hình một thanh Rack của trạm S7-300

- Các trạng thái hiển thị

+/ Trạng thái hiển thị LED

- SF = Lỗi nhóm, chương trình sai hay lỗi từ khối chuẩn đoán

- BATF = Lỗi Pin, Pin hết hay không có pin

- DC5V = Báo có 5 VDC

- FRCE = Sáng lên khi biến cưỡng bức tác động

- RUN = Nhấp nháy khi CPU khởi động, ổn định ở chế độ RUN

- STOP = ổn định ở chế độ STOP

+ Chớp chậm khi có yêu cầu RESET bộ nhớ

+ Chớp nhanh khi đang RESET bộ nhớ

+/ Chìa khóa công tắc: Để đặt bằng tay các trạng thái hoạt động của CPU

- MRES = Reset bộ nhớ (Reset khối) Để reset CPU trước hết ta chuyển

về chế độ stop, sau đó gạt qua MRES và giữ trong 3s Tiêp đó nhả vể STOP vàgạt về MRES lần 2 trong khoảng thời gian <3s và giữ ở vị trí này thì CPU sẽreset bộ nhớ của mình

- STOP = Trạng thái dừng STOP, chương trình không thực hiện