luận văn tốt nghiệp dùng plc s7-200 điều khiển hệ thống cân tải bê tông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : DÙNG PLC S7-200 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN TẢI BÊ TÔNG GVHD : BÙI THANH HUYỀN SVTH : TRƯƠNG QUANG PHÚ MSSV : 49601676 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Mục lục Phần một Chương 0 Tổng quan hệ thống cân trộn bê tông 1. Khái niệm chung về bê tông 2 2. Các thành phần cấu tạo bê tông 2 3. Tỷ lệ pha trộn hổn hợp trong bê tông 3 4. Mô hình trạm trộn trong luận văn 4 5. Sơ lược trình tự điều khiển mô hình 5 Chương 1 Hệ thống cân sử dụng loadcell 1. Tổng quan hệ thống cân 6 2. Các phương pháp cảm biến dùng trong đo lường khối lượng 7 3. Một số loadcell trong thực tế 10 4. Giới thiệu đặt tính của loadcell 12 5. Cách bố trí loadcell và đấu dây cho hệ thống nhiều loadcell 19 Chương 2 Thiết bò chỉ thò khối lượng 1. Giới thiệu bộ hiển thò khối lượng cụ thể và cách cân chỉnh cho đầu cân thực tế 23 2. Các thông số kỹ thuật 25 3. Các thông số khác 25 4. Giải thích cách chỉnh đầu cân 26 Chương 3 Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC 1. PLC là gì ? 29 2. Đặt điểm bộ điều khiển lập trình 29 3. Sơ lược về lòch sử phát triển 33 4. Cấu trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC 34 5. Ưu nhược điểm của PLC 39 6. Một vài lónh vực ứng dụng tiêu biểu của PLC 39 Chương 4 PLC Siemens S7-200 và tập lệnh 1. Giới thiệu về phần cứng và cấu trúc PLC 41 2. Giới thiệu tập lệnh PLC S7-200 49 Chương 5 Truyền thông nối tiếp 1. Thanh ghi điều khiển đường truyền (LCR) 79 2. Thanh ghi điều khiển MODEM 80 3. Thanh ghi trạng thái đường dây (LSR) 80 4. Chuẩn RS-232 81 SVTH : Trương Quang Phú 2 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 5. Chuẩn RS-449, RS-423A 83 6. Chuẩn RS-422A 84 7. Chuẩn RS-485 84 8. PLC S7-200 và mạng 86 Chương 6 Sơ lược MCU AT89C51 1. Giới thiệu khái quát về họ IC MCS-51 TM 98 2. Giới thiệu AT89C51 99 3. Tổ chức bộ nhớ 104 4. Các thanh ghi đặc biệt 109 5. Bảo vệ bộ nhớ 115 6. Hoạt động port nối tiếp 115 Chương 7 Hệ thống khí nén 1. Cấu trúc hệ thống truyền động bằng khí nén 128 2. Ưu nhược điểm của hệ thống truyển động bằng khí nén 128 3. Các van khí nén 129 4. Các bộ phận dẫn động 130 Phần hai Chương 1 Các mạch thi công và lưu đồ giải thuật 1. Mạch vi xử lý AT89C51 133 2. Cáp chuyển đổi RS-232 sang RS-485 136 3. Thiết kế bộ nguồn 138 4. Bộ khuếch đại và bộ lọc tín hiệu 142 5. Bộ cảm biến quang 147 6. Lưu đồ giải thuật điều khiển các ngỏ ra 148 Chương 2 Chương trình điều khiển 1. Chương trình PLC 2. Chương trình máy tính 3. Chương trình vi xử lý Chương 3 Kết quả thi công 1. Kết quả thi công và hướng phát triển 2. Một số giao diện trên máy tính SVTH : Trương Quang Phú 3 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tài liệu tham khảo: SIMATIC S7-200 Prpgrammable Controller. Tự động hóa với SIMATIC S7-200. Bộ điều khiển lập trình vận hành và ứng dụng. The 8051 Microcontroller. RS-232, RS-485 converter. Lập trình kết nối máy tính trong windows. Visual Basic cơ sở và dữ liệu. Sữa chữa bảo trì các thiết bò hệ thống khí nén. Cấu trúc vật liệu xây dựng. Đo lường và điều khiển bằng máy tính. Một số website : www.atmel.com www.maxim-ic.com www.loadcellsystems.com www.toledo.com www.siemens.com SVTH : Trương Quang Phú 4 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương Trong lónh vực xây dựng bê tông là một nguyên vật liệu cô cùng quang trọng, chất lượng của bê tông có thể đánh giá được chất lượng của toàn bộ công trình. Do đó việc xác đònh chính xác khối lượng từng nguyên liệu có trong thành phần bê tông cũng chính là việc xác đònh chất lượng của nó. Vì vậy nhiệm vụ cân trộn bê tông được đề ra. Trong luận văn này chỉ mô tả một hệ thống cân xi măng, cát, đá hoạt động theo hai phương pháp. Đó là hoàn toàn tự động hoặc điều khiển bằng tay. Nhiệm vụ chủ yếu là khối lượng nguyên liệu cân cần phải chính xác với khối lượng đặt, cảm biến được sử dụng xác đònh trọng lượng là loadcell. Trong một hệ thống trộn bê tông thực tế có rất nhiều yếu tố đầu vào lẫn đầu ra cần phải xác đònh, đó là: • Xác đònh ứng dụng của bê tông: Những công trình xây dựng khác nhau cần có những loại bê tông khác nhau để thích ứng với môi trường xung quanh. Ví dụ như bê tông dùng để xây dựng nhà cao tầng yêu cầu chất lượng cao, khả năng chòu nén tốt. Bê tông dùng để đúc các trụ cầu cần phải có chất phụ gia chóng đông và phải có độ bền cao trong môi trường nước. Do đó bê tông sẽ có những loại khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Loại bê tông được xác đònh dựa vào tỉ lệ pha trộn các thành phần. • Xác đònh loại xi măng. • Xác đònh thành phần các,đá. • Xác đònh tỉ lệ nước. Vì vậy để điều khiển một hệ thống trộn thực tế cần phải kết hợp nhiều vấn đề từ cơ khí, kỹ thuật xây dựng đến điều khiển tự động. SVTH : Trương Quang Phú 5 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trạm trộn bê tông 1. Khái niệm chung về bê tông. Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước. Trong đó cát và đá chiếm 80%-85%, xi măng chiếm 8%-15%, còn lại là khối lượng của nước.Ngòai ra còn có phụ gia thêm vào để thỏa mãn yê cầu đặt ra. Có nhiều loại bê tông tùy thuộc vào thành phần cát, đá, xi măng, nước. Mỗi thành phần cát, đá, xi măng khác nhau sẻ tạo thành nhiều loại mác bê tông khác nhau. 2. Các thành phần cấu tạo bê tông. 2.1 . Xi măng. Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế bê tông. Có nhiều loại mác xi măng,xi măng mác càng cao thì độ kết dính càng tốt, tuy nhiên giá thành của xi măng củng tăng theo mác của nó. Vì vậy khi thiết kế bê tông ta phải vừa bảo đảm yêu cầu kó thuật, vừa bảo đảm yêu cầu kinh tế. 2.2. Cát. Cát dùng chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo. Kích thước hạt cát từ 0.4 – 5mm. Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất, thành phần hạt, …. Trong thành phần của bê tông cát chiếm khoảng 29%. SVTH : Trương Quang Phú 6 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2.3. Đá dăm. Đá dăm có nhiều loại, tùy thuộc vào kích cỡ của đá. Do đó tùy thuộc vào mác của bê tông mà ta chọn cỡ đá cho phù hợp. Trong thành phần bê tông đá dăm chiếm khoảng 52% 2.4. Nước. Nước để chế tạo bê tông là nước phải có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết của bê tông vàkhông ăn mòn sắt thép. 2.5. Phụ gia. Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có hai loại phụ gia : • Loại phụ gia hoạt động bề mặt. Loại phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù được sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông. • Loại phụ gia rắn nhanh. Loại phụ gia rắn nhanh có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên, cũng như nâng cao cường độ bê tông. Hiện nay trong công nghệ bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng. 3. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông. 3.1. Ximăng P400, đá dăm 10*20, cát vàng : tính cho 1m3 bê tông. Thành phần Đơn vò Mác bê tông 100 150 200 250 300 Xi măng Kg 225.2 268.7 325.2 368.8 410.1 Cát Kg 820.8 792.3 782.8 769.5 756.2 Đá Kg 1668.2 1639.7 1628.3 1580.8 1571.3 Nước Lít 146.4 174.7 208.2 228.7 246.1 SVTH : Trương Quang Phú 7 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 3.2. Xi măng P500, đá dăm 10*20, cát vàng : tính cho 1m3 bê tông. Thành phần Đơn vò Mác bê tông 100 150 200 250 300 Xi măng Kg 273.4 283.8 327.2 373.7 424.2 Cát Kg 818.9 799.9 782.8 775.2 765.7 Đá Kg 1649.2 1634 1628.3 1615 1607.4 Nước Lít 177.7 184.5 209.4 231.7 254.5 Từ bảng thành phần bê tông này, ta có thể tính toán giá trò khối lượng của cát, đá, xi măng, nước cho từng mẻ trộn. Sau đó lấy các giá trò này để nhập vào máy tính, để điều khiển trạm trộn bê tông. 4. Mô hình trạm trộn trong luận văn. SVTH : Trương Quang Phú 8 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 5. Sơ lược trình tự điều khiển. Nguyên liệu được đưa vào bồn sơ cấp gọi là bồn chứa nguyên liệu vào sau đó nguyên liệu được tải vào hai cilo A và cilo B một bên tượng trưng cho xi măng, một bên tượng trưng cho các và đá nhờ một động cơ gọi là động cơ tải nguyên liệu vào. Trong khi đó sẽ có một nguyên liệu được cân khi cân đạt đến khối lượng đặt thì nguyên liệu được xả ra ngoài cilo cân và được một động cơ tải ra ngoài gọi là động cơ xả. Trong khi đó nguyên liệu còn lại được đổ vào cilo cân để xác đònh khối lượng. Quá trình thực hiện một cách tuần tự như vậy nếu đặt ở chế độ tự động, nếu đặt ở chế độ manual thì có thể điều khiển từng van và động cơ Do nhiệm vụ chính của luận văn là cần phải cân chính xác khối lượng nguyên liệu dựa vào khối lượng đặt nên quá trình hoạt động của hệ thống không được hoàn thiện so với thực tế. SVTH : Trương Quang Phú 9 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 1. Tổng quan về hệ thống cân. Sơ đồ khối của một hệ thống cân dùng loadcell trong luận văn như sau : Dưới tác dụng của khối lượng vật đặt bên trên, loadcell sẽ chuyển tín hiệu ứng suất lực thành tín hiệu điện ở ngõ ra. Tín hiệu điện này rất nhỏ được khuếch đại lên nhiều lần trước khi đưa vào bộ chuyển đổi A/D do modul A/D của PLC thực hiện để chuyển thành tín hiệu số và được đưa về bộ xử lý trung tâm của PLC để xử lý theo chương trình có sẵn và hiển thò, có thể hiển thò trên máy tính hoặc trên bộ TD 200 của hãng SIEMENS (do không có bộ TD 200 nên thay thế bằng bộ bộ hiển thò LED 7 đoạn dùng vi xử lý). SVTH : Trương Quang Phú 10 GVHD : Bùi Thanh Huyền ù Hiển thò Loadcell đại Khuếch Nguồn cung cấp Modul A/D PLC RS 232-485 Máy tính [...]...LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Do tính linh hoạt của bộ xử lý PLC, tùy theo mục đích cụ thể mà chương trình viết cho bộ xử lý khác nhau Do đó, hệ thống cân này có thể ứng dụng trong nhiều lónh vực có liên quan đến việc đo khối lượng Một số ứng dụng có sử dụng cân điện tử như sau: Trong một trạm đăng kiểm xe có một hệ thống cân xe nhằm xác đònh tải trọng xe, hệ thống cân xe này cần phải sử... cho hệ thống nhiều loadcell SVTH : Trương Quang Phú 22 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trong hệ thống cân với khối lượng lớn, số lượng loadcell sử dụng phụ thuộc vào tải trọng chòu đựng, chiều dài xe Thường là 4, 6 hoặc 8 loadcell Do sử dụng nhiều loadcell trong hệ thống cân nên cần phải cộng các tín hiệu ra trước khi đưa về đầu cân để xử lý Nếu đầu cân không có chức năng này ta phải dùng. .. Khối lượng chưa biết bằng tổng khối lượng các quả cân đặt lên SVTH : Trương Quang Phú 25 GVHD : Bùi Thanh Huyền l LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP l l M2 M1 Cánh tay cân bằng còn được dùng trong việc đo khối lượng và được chế tạo để ít chòu sự thay đổi nhiệt độ ở hai đầu của tay đòn Thay đổi chiều dài l1 đến khi hệ thống cân bằng Theo đònh luật moment hệ thống sẽ cân bằng khi : P1.l1 = P2.l2 Suy ra m1gl1 = m2gl2... xác có kích thước khác nhau được đặt trên đóa bên kia cho đến khi cân bằng Khối lượng chưa biết bằng tổng khối lượng các quả cân đặt lên l l M2 M1 Cánh tay cân bằng còn được dùng trong việc đo khối lượng và được chế tạo để ít chòu sự thay đổi nhiệt độ ở hai đầu của tay đòn Thay đổi chiều dài l 1 đến khi hệ thống cân bằng Theo đònh luật moment hệ thống sẽ cân bằng khi : P1.l1 = P2.l2 Suy ra m1gl1 = m2gl2... bộ xử lý có thể được dùng để điều khiển việc rót hàng hay dây chuyền để đóng gói sản phẩm, có thể là bằng cách kích các relay để làm đóng, mở các valve selenoid dùng khí nén Điều quan trọng trong các ứng dụng này là chương trình điều khiển viết cho bộ xử lý và cách giao tiếp với các thiết bò bên ngoài Phần này thì khác nhau đối với các ứng dụng cụ thể khác nhau Nội dung của luận văn này là sử dụng loadcell... 2.1.1 Phương pháp cân bằng 0 Phương pháp cân bằng 0 là phương pháp xác đònh khối lượng một vật chưa biết dựa trên khối lượng một vật đã biết gọi là quả chuẩn Cân bằng đòn cân là một ứng dụng của cảm biến lực cân bằng 0 vào việc đo khối lượng Một khối lượng chưa biết được đặt trên đóa cân Các quả cân được hiệu chỉnh chính xác có kích thước khác nhau được đặt trên đóa bên kia cho đến khi cân bằng Khối lượng... pháp để tạo nên lực cân bằng Đó là phương pháp cân bằng 0 và phương pháp dòch chuyển 2.1.1 Phương pháp cân bằng 0 Phương pháp cân bằng 0 là phương pháp xác đònh khối lượng một vật chưa biết dựa trên khối lượng một vật đã biết gọi là quả chuẩn Cân bằng đòn cân là một ứng dụng của cảm biến lực cân bằng 0 vào việc đo khối lượng Một khối lượng chưa biết được đặt trên đóa cân Các quả cân được hiệu chỉnh... tuyến tính Ngoài ra còn có thể sử dụng một encoder và bộ đếm để đếm số xung phát ra của encoder khi xoay bởi sự di chuyển này Sơ đồ hai hệ thống cân loại này được vẽ như trong hình sau SVTH : Trương Quang Phú 13 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào một bộ... các ứng dụng cụ thể khác nhau Nội dung của luận văn này là sử dụng loadcell làm cảm biến khối lượng trong hệ thống cân tải bê tông theo mô hình đã được xây dựng sẵn 2 Các phương pháp và cảm biến được dùng trong đo lường khối lượng 2.1 Các phương pháp đo khối lượng Trong vật lý cơ học, mối quan hệ giữa lực và khối lượng được xác đònh bằng đònh luật II Newton, theo đó lực tác dụng vào vật thể có khối... phương pháp đo khối lượng đều dựa vào quan hệ này Tuy nhiên công thức (1) không có nghóa là nếu không có lực tác dụng lên vật thể nếu không có gia tốc, mà nó chỉ có nghóa là không có lực cân bằng thực Khi hai lực cân SVTH : Trương Quang Phú 11 GVHD : Bùi Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP bằng cùng tác dụng lên vật theo hai hướng ngược nhau thì làm cho vật thể cân, không tạo nên gia tốc làm cho vật chuyển . MÔN TỰ ĐỘNG  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : DÙNG PLC S7-200 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN TẢI BÊ TÔNG GVHD : BÙI THANH HUYỀN SVTH : TRƯƠNG QUANG PHÚ MSSV : 49601676 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Mục lục Phần. Thanh Huyền LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 1. Tổng quan về hệ thống cân. Sơ đồ khối của một hệ thống cân dùng loadcell trong luận văn như sau : Dưới tác dụng của khối lượng vật đặt bên trên,. 0 Tổng quan hệ thống cân trộn bê tông 1. Khái niệm chung về bê tông 2 2. Các thành phần cấu tạo bê tông 2 3. Tỷ lệ pha trộn hổn hợp trong bê tông 3 4. Mô hình trạm trộn trong luận văn 4 5. Sơ