Đang tải... (xem toàn văn)
1.1. Kh¸i niÖm chung. Nhà máy xi măng Lam Thạch là doanh nghiệp trực thuộc công ty cổ phần xi măng và xây dựng Quảng Ninh. Nhà máy được khởi công xây dựng ngày 0991995 tại xã Phương Nam – Huyện Uông Bí tỉnh Quảng Ninh và khánh thành đưa vào hoạt động từ ngày 0291997. Cách trung tâm thị xã Uông Bí về phía tây 10 km, nơi có nhiều mỏ đá vôi là nguyên liệu chính phục vụ cho việc sản xuất xi măng, điều kiện giao thông thuận lợi . Nhà máy nằm cạnh con sông Đá bạc có khả năng cung cấp nước dùng cho sản xuất và nằm cạnh quốc lộ 10 cách quốc lộ 18 là 3 km về phía bắc do đó rất thuận lợi cho việc sản xuất và kinh doanh. Nhiệm vụ của nhà máy xi măng Lam Thạch là sản xuất xi măng PC30 , PC40 và Clinker theo tiêu chuẩn Việt Nam 6260.1997 . Nhà máy xi măng Lam Thạch hoạt động trên nguyên tắc hoạch toán kinh tế nội bộ, theo sự chỉ đạo của công ty và chịu trách nhiệm về kết quả, chất lượng của sản phẩm, thực hiện nguyên tắc tập trung dân chủ, chế độ thủ trưởng trong quản lý và điều hành sản xuất, phát huy quyền làm chủ cho cán bộ công nhân viên trong nhà máy. Không ngừng nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm . Công nhân trong Nhà máy gồm 380 cán bộ công nhân viên, trong đó có 42 kỹ sư, 70 trung cấp, 250 công nhân kỹ thuật đa số là đội ngũ công nhân trẻ năng động, sáng tạo.
Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa Mục lục Lời nói đầu Phần mở đầu 1 Lý chọn đề tài Mơc ®Ých .1 Néi dung thùc hiÖn .1 ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn Hớng phát triển đề tµi Phơng pháp thực PhÇn néi dung Ch¬ng công nghệ sản xuất xi măng 1.1 Kh¸i niƯm chung 1.1 Xi măng phơng pháp sản xuất xi măng .3 1.1.2 Quá trình lý hoá xảy nung lun clinker 1.2 C«ng nghƯ sản xuất xi măng .6 1.2.1 Khai thác đá 1.2.2 NghiỊn nguyªn liƯu 1.2.3 §ång nhÊt liƯu 1.2.4 Nhiªn liƯu ®Ĩ nung clinker 1.3 Bản chất trình phối liÖu .14 1.3.1 Tỷ lệ thành phần bột liệu 14 1.3.2 Chuẩn bị hỗn hợp nguyên liệu 16 Ch¬ng 18 C¸c thiÕt bị hệ thống cân băng 18 định lợng 18 2.1 Giíi thiƯu vỊ hƯ thèng c©n băng định lợng 18 2.1.1 Nguyên lý hoạt động 19 Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải .20 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đo lờng hệ thống cân băng định lợng 22 2.1.2 Bộ điều chØnh DISOCONT 23 Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển cục VLG 20110 25 B¶ng 2.1: Thông số kỹ thuật điều khiển cục VLG 20110: 25 Hình 2.5: Sơ đồ điều khiển khèi VSE 20100 26 Hình 2.6: Bộ điều khiển VLB20120 .27 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - a cht T ng húa Hình 2.7 : Sơ đồ bé ®iỊu khiĨn VLB 20120: 27 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật b iu khin VLB 20120 .28 Bảng 2.3: Thông sè kü tht cđa dÉn cơc bé .28 2.2 Các thông số kỹ thuật 28 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chung .28 Bảng 2.5: Thông số kỹ thuËt cña Loadcell 29 Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật đầu vào nhị phân .29 Bảng 2.7: Thông số kü tht cđa ®ầu nhị phân: 29 Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật đầu vào tơng tự 30 Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật đu tng t : 30 Bảng 2.10: Thông sè kü thuËt cña giao tiÕp RS – 232 31 Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật cđa dÉn cơc bé .31 2.3 Giới thiệu thiết bị hệ thống cân băng định lợng 34 2.3.1 Biến tần Micromaster Vector kiĨu MM 440 cđa Siemens .35 H×nh 2.8: BiÕn tÇn Micromaster Vector kiĨu MM 440 cđa Siemens .35 Hình 2.9: Sơ đồ khối biến tần Micromaster vector kiểu MM 440 37 Bảng 2.12 : Thông sè kü tht cđa biÕn tÇn Micromaster Vector kiĨu MM440 39 2.3.2 Các cảm biÕn 40 Hình 2.11: Mạch cầu Wheatstone 41 Hình 2.12: Cầu đo thùc tÕ 44 Hình2.13: Giới thiệu hình ảnh số loadcell cã thùc tÕ 44 H×nh 2.14: Loadcell VLC - 100 chi tiết kết cấu khí 45 Bảng 2.13 : Thông số kü thuËt cña Loadcell VLC – 100 .45 VLC-100 SPECIFICATIONS: 45 WIRING 46 H×nh 2.15: Cấu tạo phận đo tốc độ quay Encoder .47 Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý máy đo góc Resolver 49 2.3.3 Động điện không đồng xoay chiều ba pha 49 Hình 2.17: Sơ đồ động học hệ truyền động cân băng định lợng 50 Hình 2.18: Đặc tính phụ tải 50 B¶ng 2.14: Thông số kỹ thuật động không đồng rotor dây quấn 51 2.3.4 Các biến đổi DAC, ADC 51 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa Hình 2.19: Sơ đồ chuyển đổi AD9243 52 Hình 2.20: Sơ đồ cấu tạo chuyển đổi AD9243 52 Bảng 2.15: Thông số kỹ thuật chuyển ®ỉi AD9243 52 B¶ng 2.16: Chó thÝch chân chuyển đổi AD9243 53 2.3.5 Đầu cân .54 Hình 2.21: Giới thiệu hình ảnh số loại đầu cân có thực t .55 Trong hệ thống cân băng định lợng sử dụng đầu cân BDI - 9302: .55 2.3.6 Bộ lập trình PLC điều khiển hệ thống cân băng định lợng .55 Chơng 56 Giới thiệu hệ thống dcs nhà máy xi măng 56 3.1 Cấu trúc điều khiển điển hình hệ thống tự động hoá 56 3.1.1 Điều khiển tập trung 56 Hinh 3.1: CÊu tróc tËp trung 57 3.1.2 §iỊu khiĨn ph©n qun 57 57 H×nh 3.2: CÊu tróc ph©n qun 58 3.1.3 Điều khiển phân tán 58 H×nh 3.3: Một số giải pháp tiêu biểu hệ điều khiển phân tán 59 3.2 Giới thiệu hệ thèng DCS 60 3.2.1 Định nghĩa DCS: 60 3.2.2 Tỉng quan vỊ c¸c hệ thống điều khiển phân tán DCS .61 Hình 3.4 : Mô hình phân cấp 62 H×nh 3.5 : CÊu tróc chung cđa hƯ thèng DCS 64 3.3 Hệ thống điều khiển phân t¸n cđa h·ng ABB 65 3.3.1 Tỉ chøc cđa hƯ thèng DCS cđa h·ng ABB 65 Hinh 3.6 : CÊu trúc phân cấp hệ điều khiển tự động hoá 65 Hình 3.8 : Cấu trúc tiêu biĨu cđa hƯ thèng DCS (ABB) 67 3.3.2 Cấu hình phần cứng 67 3.3.3 Các điều khiển trình .68 Hình 3.9 : Cấu hình điều khiển trình AC450 .69 Hình 3.10 : Giao diện chức AC110 74 3.3.4 Các modul vào/ra điển hình .75 3.3.5 Th«ng tin liên lạc .77 Hình 3.12 : Cấu trúc mạng Master Net 77 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa H×nh 3.13 : Cấu hình AF100 dùng phơng tiện dự phòng 80 Chơng 84 Phân tích thiết kế điều khiển cho hệ thống cân băng định lợng ( PLC) 84 4.1 Đặc điểm 84 Hình 4.1: Sơ ®å khèi bªn 84 4.2 CÊu tróc phÇn cøng 85 H×nh 4.2: Sơ đồ cấu trúc bên PLC 86 4.2.1 Bé xö lý trung t©m CPU .87 4.2.2 Bộ nhớ phận khác 87 4.2.3 Khèi vµo 88 4.2.4 Thiết bị lập trình 89 4.3 Ngôn ngữ lập trình 89 4.4 Giíi thiƯu vỊ thiết bị khả trình S7 - 300 90 4.4.1 CÊu h×nh cøng 90 4.4.2 C¸c module cđa S7-300 90 H×nh 4.3: CÊu h×nh mét rack cđa mét tr¹m PLC S7- 300 .90 Hình 4.3: Một số CPU PLC S7-300 91 Hình 4.4: Một số module mở rộng PLC S7-300 93 4.4.3 Lắp đặt phần cứng .93 Hình 4.5: Vị trí module 94 4.4.4 Định địa modul .94 4.4.5 Thao tác phần mềm lập trình STEP V5.4 .95 4.4.5.2 Giới thiệu phần mềm lập trình STEP 97 Hình 4.6: Các bớc ®Ĩ thiÕt kÕ mét dù ¸n Step .98 4.4.5.5 Tạo khối logic chơng trình 104 Sau lập trình xong, tiến hành mô chơng trình 104 Từ công cụ cửa sổ giao diƯn SIMATIC Manager chän nh h×nh vÏ 104 4.4.6 Cỉng trun th«ng: 105 H×nh 4.5: Sơ đồ chân cổng truyền thông .106 4.4.7 Công tắc chọn chế độ làm viÖc cho PLC: .106 4.4.8 ChØnh định tơng tự: 107 4.5 Chơng trình điều khiển 107 4.5.1 Lu ®å thuËt to¸n .107 4.5.2 Bảng phân công đầu vào/ đầu 108 4.5.3 Ch¬ng trình điều khiển 109 KÕt luËn 119 Tµi liƯu tham kh¶o 120 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất GVHD : TS Nguyễn Chí Tình Tự động hóa SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa Danh Mơc hình Lời nói đầu PhÇn mở đầu 1 Lý chän ®Ị tµi Mơc ®Ých .1 Néi dung thùc hiÖn .1 ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn Hớng phát triển đề tài Phơng pháp thực PhÇn néi dung Ch¬ng công nghệ sản xuất xi măng 1.1 Kh¸i niÖm chung 1.1 Xi măng phơng pháp sản xuất xi măng .3 1.1.2 Quá trình lý hoá xảy nung luyện clinker 1.2 Công nghệ sản xuất xi măng .6 1.2.1 Khai thác đá 1.2.2 NghiÒn nguyªn liƯu 1.2.3 §ång nhÊt liƯu 1.2.4 Nhiªn liƯu ®Ó nung clinker 1.3 Bản chất trình phối liệu .14 1.3.1 Tû lệ thành phần bột liệu 14 1.3.2 Chuẩn bị hỗn hợp nguyên liệu 16 Chơng 18 Các thiết bị hệ thống cân băng 18 định lợng 18 2.1 Giới thiệu hệ thống cân băng định lợng 18 2.1.1 Nguyên lý hoạt động 19 Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải .20 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đo lờng hệ thống cân băng định lợng 22 2.1.2 Bộ điều chỉnh DISOCONT 23 Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển cục VLG 20110 25 Bảng 2.1: Thông sè kü tht bé ®iỊu khiĨn cơc bé VLG 20110: 25 Hình 2.5: Sơ đồ điều khiển khối VSE 20100 26 H×nh 2.6: Bé ®iỊu khiĨn VLB20120 .27 Hình 2.7 : Sơ đồ điều khiÓn VLB 20120: 27 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động húa Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật b iu khin VLB 20120 .28 Bảng 2.3: Thông số kü tht cđa dÉn cơc bé .28 2.2 Các thông số kỹ thuật 28 B¶ng 2.4: Th«ng sè kü thuËt chung .28 Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật cđa Loadcell 29 B¶ng 2.6: Thông số kỹ thuật đầu vào nhị phân .29 Bảng 2.7: Thông số kỹ tht cđa ®ầu nhị phân: 29 Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật đầu vào tơng tự 30 Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật đu tng t : 30 Bảng 2.10: Thông số kü thuËt cña giao tiÕp RS – 232 31 Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật dÉn côc bé .31 2.3 Giới thiệu thiết bị hệ thống cân băng định lợng 34 2.3.1 Biến tần Micromaster Vector kiĨu MM 440 cđa Siemens .35 H×nh 2.8: BiÕn tÇn Micromaster Vector kiĨu MM 440 cđa Siemens .35 Hình 2.9: Sơ đồ khối biến tần Micromaster vector kiểu MM 440 37 Bảng 2.12 : Thông số kü tht cđa biÕn tÇn Micromaster Vector kiĨu MM440 39 2.3.2 Các cảm biến 40 Hình 2.11: Mạch cầu Wheatstone 41 Hình 2.12: Cầu đo thực tÕ 44 Hình2.13: Giới thiệu hình ảnh số loadcell có thùc tÕ 44 H×nh 2.14: Loadcell VLC - 100 chi tiết kết cấu khí 45 Bảng 2.13 : Thông số kỹ thuËt cña Loadcell VLC – 100 .45 VLC-100 SPECIFICATIONS: 45 WIRING 46 H×nh 2.15: Cấu tạo phận đo tốc độ quay Encoder .47 Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý máy đo góc Resolver 49 2.3.3 Động điện không đồng xoay chiều ba pha 49 Hình 2.17: Sơ đồ động học hệ truyền động cân băng định lợng 50 Hình 2.18: Đặc tính phụ tải 50 Bảng 2.14: Thông số kỹ thuật động không đồng rotor dây quấn 51 2.3.4 Các biến đổi DAC, ADC 51 H×nh 2.19: Sơ đồ chuyển đổi AD9243 52 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa cht T ng húa Hình 2.20: Sơ đồ cấu tạo bé chun ®ỉi AD9243 52 Bảng 2.15: Thông số kỹ thuật chuyển đổi AD9243 52 Bảng 2.16: Chú thích chân chuyển đổi AD9243 53 2.3.5 Đầu cân .54 Hình 2.21: Giới thiệu hình ảnh số loại đầu cân có thực tế .55 Trong hệ thống cân băng định lợng sử dụng đầu cân BDI - 9302: .55 2.3.6 Bộ lập trình PLC điều khiển hệ thống cân băng định lợng .55 Ch¬ng 56 Giới thiệu hệ thống dcs nhà máy xi măng 56 3.1 CÊu trúc điều khiển điển hình hệ thống tự động hoá 56 3.1.1 Điều khiển tập trung 56 Hinh 3.1: CÊu tróc tËp trung 57 3.1.2 Điều khiển phân quyÒn 57 57 H×nh 3.2: CÊu tróc ph©n qun 58 3.1.3 Điều khiển phân tán 58 H×nh 3.3: Một số giải pháp tiêu biểu hệ điều khiển phân tán 59 3.2 Giới thiệu hệ thống DCS 60 3.2.1 Định nghĩa DCS: 60 3.2.2 Tỉng quan vỊ c¸c hƯ thống điều khiển phân tán DCS .61 Hình 3.4 : Mô hình phân cấp 62 H×nh 3.5 : CÊu tróc chung cđa hƯ thèng DCS 64 3.3 Hệ thống điều khiển phân tán cña h·ng ABB 65 3.3.1 Tỉ chøc cđa hƯ thèng DCS cđa h·ng ABB 65 Hinh 3.6 : CÊu tróc phân cấp hệ điều khiển tự động hoá 65 Hình 3.8 : Cấu trúc tiêu biểu cđa hƯ thèng DCS (ABB) 67 3.3.2 Cấu hình phần cứng 67 3.3.3 Các điều khiển trình .68 Hình 3.9 : Cấu hình điều khiển tr×nh AC450 .69 H×nh 3.10 : Giao diện chức AC110 74 3.3.4 Các modul vào/ra điển hình .75 3.3.5 Thông tin liên l¹c .77 Hình 3.12 : Cấu trúc mạng Master Net 77 H×nh 3.13 : Cấu hình AF100 dùng phơng tiện dự phòng 80 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa Ch¬ng 84 Phân tích thiết kế điều khiển cho hệ thống cân băng định lợng ( PLC) 84 4.1 Đặc điểm 84 Hình 4.1: Sơ đồ khèi bªn 84 4.2 CÊu tróc phÇn cøng 85 H×nh 4.2: Sơ đồ cấu trúc bên PLC 86 4.2.1 Bé xö lý trung t©m CPU .87 4.2.2 Bộ nhớ phận khác 87 4.2.3 Khèi vµo 88 4.2.4 Thiết bị lập trình 89 4.3 Ngôn ngữ lập trình 89 4.4 Giíi thiƯu vỊ thiÕt bị khả trình S7 - 300 90 4.4.1 CÊu h×nh cøng 90 4.4.2 C¸c module cđa S7-300 90 H×nh 4.3: CÊu h×nh mét rack cđa mét tr¹m PLC S7- 300 .90 Hình 4.3: Một số CPU PLC S7-300 91 Hình 4.4: Một số module mở rộng PLC S7-300 93 4.4.3 Lắp đặt phần cứng .93 Hình 4.5: Vị trí module 94 4.4.4 Định địa modul .94 4.4.5 Thao tác phần mỊm lËp tr×nh STEP V5.4 .95 4.4.5.2 Giới thiệu phần mềm lập trình STEP 97 Hình 4.6: Các bớc để thiÕt kÕ mét dù ¸n Step .98 4.4.5.5 Tạo khối logic chơng trình 104 Sau lËp trình xong, tiến hành mô chơng trình 104 Từ công cụ cửa sổ giao diƯn SIMATIC Manager chän nh h×nh vÏ 104 4.4.6 Cỉng trun th«ng: 105 Hình 4.5: Sơ đồ chân cổng truyền thông .106 4.4.7 Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC: .106 4.4.8 Chỉnh định t¬ng tù: 107 4.5 Chơng trình điều khiển 107 4.5.1 Lu ®å thuËt to¸n .107 4.5.2 Bảng phân công đầu vào/ đầu 108 4.5.3 Chơng trình ®iỊu khiĨn 109 KÕt luËn 119 Tµi liƯu tham kh¶o 120 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa Danh Mơc b¶ng Lêi nói đầu Phần mở đầu 1 Lý chọn đề tài Mơc ®Ých .1 Néi dung thùc hiÖn .1 ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn Hớng phát triển đề tài Ph¬ng ph¸p thùc hiƯn PhÇn néi dung Ch¬ng c«ng nghệ sản xuất xi măng 1.1 Kh¸i niƯm chung 1.1 Xi măng phơng pháp sản xuất xi măng .3 1.1.2 Quá trình lý hoá xảy nung luyện clinker 1.2 Công nghệ sản xuất xi măng .6 1.2.1 Khai thác đá 1.2.2 NghiỊn nguyªn liƯu 1.2.3 §ång nhÊt liƯu 1.2.4 Nhiên liệu để nung clinker 1.3 Bản chất trình phối liệu .14 1.3.1 Tû lƯ cđa thành phần bột liệu 14 1.3.2 Chuẩn bị hỗn hợp nguyên liệu 16 Ch¬ng 18 Các thiết bị hệ thống cân băng 18 định lợng 18 2.1 Giới thiệu hệ thống cân băng định lợng 18 2.1.1 Nguyên lý hoạt ®éng 19 Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải .20 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đo lờng hệ thống cân băng định lợng 22 2.1.2 Bộ điều chỉnh DISOCONT 23 H×nh 2.4: Sơ đồ điều khiển cục VLG 20110 25 Bảng 2.1: Thông số kỹ tht bé ®iỊu khiĨn cơc bé VLG 20110: 25 Hình 2.5: Sơ đồ điều khiển khối VSE 20100 26 H×nh 2.6: Bé ®iỊu khiĨn VLB20120 .27 Hình 2.7 : Sơ đồ điều khiển VLB 20120: 27 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa H×nh 4.2: Sơ đồ cấu trúc bên PLC GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 86 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa 4.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU Đây điều khiển quản lý tất hoạt động bên PLC, việc trao đổi thông tin CPU, nhớ khối vào đợc thực thông qua hƯ thèng bus díi sù ®iỊu khiĨn cđa CPU, mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock (đồng hồ), tần số chuẩn cho CPU thờng hay MHz tuỳ thuộc vào vi xử lý đợc sử dụng 4.2.2 Bộ nhớ phận khác Tất PLC dùng loại nhớ sau : * ROM (Read Only Memory): nhớ đơn giản (loại đọc), gồm ghi, ghi lu trữ mét tõ víi mét tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn, ta cã thể đọc từ vị trí ROM nhớ không thay đổi đợc mà đợc nạp chơng trình lần * RAM (Random Access Memory): lµ bé nhí truy xt ngÉu nhiên, nhớ thông dụng để cất giữ chơng trình liệu ngời sử dụng Dữ liệu RAM bị thay đổi điện Do điều đợc giải cách nuôi RAM nguồn pin riêng * EEPROM (Electronic Erasable Progammable Read Only Memory): Đây nhớ mà kết hợp truy xuất linh hoạt RAM ROM khối, nội dung có thể xoá ghi lại điện nhiên đợc vài lần Bộ nguồn cung cÊp: Bé ngn cung cÊp cđa PLC sư dơng hai loại điện áp AC DC, thông thờng dùng cấp điện áp 100V đến 240V tần số 50/60Hz, nguồn DC có giá trị 4V, 24V Nguồn nuôi cho nhớ thờng nguồn pin để mở rộng thời gian lu giữ liệu có bé nhí, nã tù chun sang trang th¸i tÝch cùc dung lợng tụ cạn kiệt phải thay vào vị trí để liệu nhớ không bị GVHD : TS Nguyn Chớ Tỡnh 87 SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa * Cỉng trun th«ng: PLC dùng cổng truyền thông để trao đổi liệu chơng trình, loại cổng truyền thông thờng dùng RS 232, RS 432, RS 485 Tốc độ truyền thông tiêu chuẩn 9600 baud * Dung lợng nhớ: Đối với PLC loại nhỏ nhớ có dung lợng cố định (thờng 2K), dung lợng đủ đáp ứng khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp giá thành nhớ giảm liên tục nhà sản xuất PLC trang bị nhớ ngày lớn cho sản phẩm họ 4.2.3 Khối vào * Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên PLC có mức điện áp 5V DC (điện áp cho TTL, CMOS) tín hiệu điều khiển bên lớn nhiều, thờng 24V DC đến 240V DC với dòng lớn * Nh khối vào có vai trò mạch giao tiếp vi mạch điện tử PLC với mạch công suất bên ngoài, kích hoạt cấu tác động : Nó thực chuyển đổi mức điện áp tín hiệu cách ly Tuy nhiên khối vµo cho phÐp PLC kÕt nèi trùc tiÕp víi cấu tác động có công suất nhỏ ( 2A) nên không cần công suất trung gian hay rơle trung gian * Loại ta lựa chọn thông số cho ngõ vào/ra với yêu cầu điều khiển cụ thể: * Loại ngõ dùng rơle: nối với cấu tác động làm việc với điện áp DC hay AC, cách ly dạng nên đáp ứng chậm Tuổi thọ phụ thuộc dòng tải qua rơle tần số đóng tiếp điểm + Ngõ vào: 24V DC; 110V AC 220V AC + Ngõ ra: Dạng rơle, transitor hay triac * Loại ngõ dùng triac: Kết nối đợc cấu tác động làm việc với điện áp AC DC có giá trị từ 5V đến 242V, chịu đợc dòng nhỏ so với dùng rơle nhng tuổi thọ cao tần số đóng mở lớn * Loại ngõ dùng transitor: Chỉ nối cấu tác động làm việc với điện áp từ 5V đến 30V DC, tuổi thọ cao tần số đóng mở lớn GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 88 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa * Tất ngõ vào/ra đợc cách ly quang khối vào Mạch cách ly dùng diốt phát quang transitor quang Mạch cho phép tín hiệu nhỏ qua ghim tín hiệu điện áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn, mạch có tác động chống nhiễu chuyển công tắc bảo vệ áp từ nguồn ®iƯn cung cÊp (cã thĨ lªn tíi 1500V) 4.2.4 ThiÕt bị lập trình * Trên PLC loại lớn thờng lập trình cách dùng VDU (Visual Display Unit) với đầy đủ bàn phím, hình đợc nối với PLC thông qua cổng nối tiếp, thờng RS 422, VDU hỗ trợ tốt cho việc lập trình dạng ngôn ngữ LADDER kể thích môi tờng soạn thảo chơng trình làm cho chơng trình dể đọc Hiện máy vi tính đợc sử dụng phổ biến để lập trình cho PLC, với CPU xử lý nhanh, hình đồ hoạ chất lợng cao, nhớ lớn giá thành ngày hạ Máy vi tính lý tởng cho việc lập trình ngôn ngữ ladder Ngoài lập trình cầm tay thờng đợc sử dụng thuận tiện công tác sửa chữa, bảo trì 4.3 Ngôn ngữ lập trình Cỏc loi PLC thường có nhiều ngơn ngữ lập trình nhằm phục vụ đối tượng khác PLC S7300 có ngơn ngữ lập trình sau : - Liệt kê lệnh (STL): dạng ngôn ngữ thông thường máy Một chương trình ghép nhiều câu lệnh theo thuật toán định, lệnh chiếm hàng có cấu trúc chung : tên lệnh + thuật tốn - Dạng hình thang(LAD): dạng ngơn ngữ đồ hoạ thích hợp với đối tượng quen thiết kế mạch điều khiển logic - Dạng hình khối (FBD): dạng ngơn ngữ đồ hoạ thích hợp với đối tượng quen thiết kế mạch điều khiển số Một chương trình viết LAD FBD chuyển sang dạng STL ngược lại khơng, STL có nhiều lệnh LAD FBD khơng GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 89 SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa có Như STL ngơn ngữ mạnh loại ngơn ngữ lập trình cho S7-300 Đối với ngành công nghiệp ngôn ngữ Ladder lại sử dụng để lập trình điều khiển 4.4 Giới thiệu thiết bị khả trình S7 - 300 4.4.1 CÊu h×nh cøng Thiết bị điều khiển PLC S7-300 hãng Siemens sản xuất với kích thước nhỏ, gọn chúng có kết cấu theo kiểu module xếp rack Trên rack gá nhiều module mở rộng (khơng kể CPU, module nguồn ni) Một CPU S7-300 làm việc trực tiếp với nhiều rack 4.4.2 Các module S7-300 Thông thờng để tăng tính mềm dẻo thực tế mà phần lớn đối tợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu nh chủng loại tín hiệu vào khác mà điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá cấu hình Chúng đợc chia nhỏ thành modul, số modul đợc sử dụng nhiều hay tuỳ theo toán, song tèi thiĨu bao giê cịng cã modul chÝnh lµ modul CPU Các modul lại modul nhận truyền tín hiệu với đối tợng điều khiển, modul chuyên dụng nh PID, điều khiển động cơ, đợc gọi chung modul mở rộng Tất modul đợc gắn Ray (Rack) Cấu hình trạm PLC S7 -300 nh sau: Hình 4.3: Cấu hình rack trạm PLC S7- 300 GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 90 SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa 4.4.2.1 Module CPU Là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào số Các cổng vào/ra số có module CPU được gọi là cởng vào/ra onboard Hình 4.3: Một số CPU PLC S7-300 PLC S7_300 có nhiều loại module CPU khác Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có nó module CPU312, module CPU314, module CPU315… Những module cùng sử dụng loại bộ vi xử lý, khác về cổng vào/ra onboard cũng các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ Module CPU312 IFM, Module CPU314 IFM… Ngoài còn có các loại module CPU với cổng truyền thông, đó cổng truyền thông thứ hai có chức chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Các loại module này phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) là module CPU315-DP Trong hệ thống cân băng định lượng ta sử dụng loại module CPU314C2DP GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 91 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa 4.4.2.2 Module mở rộng Các module mở rộng được chia thành loại chính: a) PS (Power supply): Module nguồn nuôi Có loại:2A, 5A, 10A b) SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm: * DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module * DO (Digital output): Module mở rộng các cổng số Số các cổng số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module * DI/DO (Digital input/ Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là vào/8 hoặc 16 vào/16 tuỳ từng loại module * AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4, tuỳ từng loại module * AO (Analog output): Module mở rộng các cổng tương tự Số các cổng tương tự có thể là 2, tuỳ từng loại module * AI/AO (Analog input/ Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự Số các cổng vào/ra tương tự có thể là vào/2 hay vào/4 tuỳ từng loại module c) IM (Interface module): Module ghép nối, nối các module mở rộng lại với thành khối và được quản lý chung bởi module CPU Thông thường các module mở rộng được gá liền với đỡ gọi là rack Trên mỗi rack có thể gán nhiều nhất là module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn nuôi Một module CPU S7_300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất racks và các racks này phải được nối với bằng module IM d) FM (Function module): Module có chức điều khiển riêng Ví dụ module PID, module điều khiển động bước… e) CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông mạng các PLC với hoặc giữa PLC với máy tính GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 92 SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa a) Module nguồn (PS) b) Module vào số (DI) c) Module analog (AO) d) Module số (DO) e) Module chức (FM) f) Module truyền thơng (CP) Hình 4.4: Một số module mở rng ca PLC S7-300 4.4.3 Lắp đặt phần cứng - Nguyên tắc lắp đặt modul: Các modul đợc lắp đặt rack Trong trạm có tối đa rack Trên rack có tối đa modul RÃnh thứ từ trái qua phải lµ modul ngn vÝ dơ PS 207 R·nh thø lµ modul CPU R·nh thø lµ modul giao tiÕp IM GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 93 SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất T ng húa Từ rÃnh thứ t modul vào/ra modul chức Hình 4.5: Vị trí module 4.4.4 Định địa modul Mỗi rÃnh có địa mặc định thay đổi địa rÃnh phần thiết lập cấu hình trạm chơng trình step trớc nạp vào CPU Địa rÃnh địa bắt đầu modul đặt rÃnh Đầu vào đầu modul vào/ có địa bắt đầu - Định địa modul số: Địa đầu vào đầu số bao gồm địa byte địa bít GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 94 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa Khi modul số đợc đặt rÃnh địa bắt đầu mặc định 0, địa bắt đầu modul đợc cộng thêm - Định địa modul tơng tự: Kênh đầu vào đầu tơng tự đợc định địa kiểu từ Khi modul tơng tự đặt rÃnh số địa bắt đầu mặc định 256, địa bắt đầu modul tơng tự đợc cộng thêm 16 4.4.5 Thao tác phần mềm lập trình STEP V5.4 4.4.5.1 Cấu trúc chơng trình S7-300 Các chơng trình điều khiển với PLC S7-300 đợc viết dạng đơn khối đa khối Chơng trình đơn khối (lập trình tuyến tính) Chơng trình đơn khối viết cho công việc tự động đơn giản, lệnh đợc viết khối Khi viết chơng trình đơn khèi ngêi ta dïng khèi OB1 Bé PLC quÐt khèi theo chơng trình, sau quét đến lệnh cuối quay trở lại lệnh Lệnh Lệnh Vòng quét OB1 Lệnh cuối Chơng trình đa khèi (lËp tr×nh cã cÊu tróc) Khi nhiƯm vơ tù động hoá phức tạp ngời ta chia chơng trình điều khiển thành phần riêng gọi khối Chơng trình xếp lồng khối vào khối Chơng trình thực khối dïng lƯnh gäi khèi ®Ĩ sang GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 95 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa lµm viƯc với khối khác, sau đà kết thúc công việc ë khèi míi nã quay vỊ thùc hiƯn tiÕp ch¬ng trình đà tạm dừng khối cũ Hệ điều FB2 FC1 OB1 hành FC3 FB5 Các khối đợc xếp thành lớp Mỗi khối có: + Đầu khối gồm tên khối, số hiệu khối xác định chiều dài khối + Thân khối: Thể nội dung khối đợc chia thành đoạn (Segment) thực công đoạn tự động hoá sản xuất Mỗi đoạn lại bao gồm số dòng lệnh phục vụ việc giải toán logic Kết phép toán logic đợc gửi vào RLO (Result of logic operation) Việc phân chia chơng trình thành đoạn ảnh hởng đến RLO Khi bắt đầu đoạn tạo giá trị RLO mới, khác với giá trị RLO đoạn trớc + Kết thúc khối: Phần kết thúc khối lệnh kết thúc khối BEU Các loại khối: * Khối tỉ chøc OB (Organisation Block) Khèi tỉ chøc qu¶n lý chơng trình điều khiển tổ chức việc thực chơng trình * Hàm số FC (Functions) Khối hàm số FC chơng trình ngời sử dụng tạo sử dụng hàm chuẩn sẵn cã cđa SIEMENS * Khèi hµm FB (Function Block) Khèi hàm loại khối đặc biệt dùng để lập trình phần chơng trình điều khiển tái diễn thờng xuyên đặc biệt phức tạp Có thể gán tham số cho khối chúng có nhóm lệnh mở rộng Ngời sử dụng tạo khối hàm cho mình, sử dụng khối hàm sẵn có SIEMENS GVHD : TS Nguyn Chí Tình 96 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa * Khèi liệu: có hai loại + Khối liệu dïng chung DB (Shared Data Block) Khèi d÷ liƯu dïng chung lu trữ liệu chung cần thiết cho việc xử lý chơng trình điều khiển + Khối liệu riêng DI (Instance Data Block) Khối liệu dùng riêng lu trữ liệu riêng cho chơng trình cho việc xử lý chơng trình điều khiển Ngoài PLC S7-300 hàm hệ thống SFC (System Function) vµ khèi hµm hƯ thèng SFB (System Function Block) 4.4.5.2 Giới thiệu phần mềm lập trình STEP Phần mềm step đợc sử dụng để thiết lập cấu hình, soạn thảo chơng trình ứng dụng nạp chơng trình vào CPU PLC * Các bớc ®Ĩ thiÕt kÕ mét dù ¸n sư dơng step7 B1: Lập kế hoạch dự án tự động hoá: - Phân chia trình công nghệ thành toán - Mô tả đặc điểm toán: đầu vào, đầu ra, yêu cầu công nghệ, - Xác định yêu cầu an toàn - Mô tả yêu cầu hiển thị điều khiển - Xây dựng cấu hình PLC cần sử dụng: Loại CPU, số đầu vào/ra số, số đầu vào/ra tơng tự, modul chức năng, B2: Thiết lập dự án step B3: Thiết lập cấu hình phần cứng hệ thống B4: Viết chơng trình ứng dụng B5: Nạp chơng trình vào CPU gỡ rối chơng trình Chú ý: b3 b4 đổi chỗ cho GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 97 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động húa Hình 4.6: Các bớc để thiết kế dự ¸n Step 4.4.5.3 ThiÕt lËp mét dù ¸n STEP B1: Chạy chơng trình Simatic manager cách nháy kép chuột trái vào biểu tợng Destop B2: Chạy File ->New Một hộp thoại xuất để viết tên dự án GVHD : TS Nguyn Chớ Tỡnh 98 SVTH : Nguyễn Xuân Quỳnh Trường Đại học Mỏ - a cht T ng húa B3: Chèn trạm PLC vào dự án B4: Thiết lập cấu hình phần cứng Nháy kép chuột trái vào biểu tợng hardware GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 99 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tự động hóa Cưa sỉ thiÕt lËp cÊu h×nh xt hiƯn: Chän Insert->Insert Object Hộp thoại sau xuất hiện: Chỉ trỏ vào hàng rack nhấn chuột phải xuất hộp thoại để chèn modul GVHD : TS Nguyễn Chí Tình 100 SVTH : Nguyễn Xn Quỳnh