Xây dựng chương trình cho chu trình buồng trộn bê tông nhựa nóng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Xây dựng chương trình cho chu trình Buồng trộn bê tông nhựa nóng Hà Nội Tháng 07 năm 2016 MỤC LỤC Trang I BÊ TÔNG NHỰA NÓNG II PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ 2.1 Phương pháp điều khiển tay 2.2 Phương pháp điều khiển tự động 2.3 Quá trình vận hành buồng trộn III PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHU TRÌNH 3.1 Phân chia chu trình 3.2 Phân tích mối quan hệ chu trình IV GRAFCET 4.1 Grafcet chu trình buồng trộn 4.2 Địa hóa biến chu trình buồng trộn: 10 4.3 Phân tích Grafcet 11 V PHÂN TÍCH LIÊN KHÓA GIỮA CÁC CHU TRÌNH 12 5.1 Nguyên tăc liên khóa 12 5.2 Liên khóa chu trình 12 VI XÂY DỰNG LOGIC LÀM VIỆC, LIÊN KHÓA & BẢO VỆ 15 6.1 Nguyên tắc lập trình cho hệ thống với chu trình nhiều liên khóa 15 6.2 Tổ chức chương trình 16 VII VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO S7-200 18 Phương trình logic 18 Lập trình S7-200 ngôn ngữ Ladder 18 1|Page I BÊ TÔNG NHỰA NÓNG - Bê tông nhựa nóng gồm có nhựa đường cốt liệu trộn nóng trạm trộn rải nóng - Hỗn hợp bê tông nhựa rải nóng thường sử dụng để làm mặt đường cao tốc, quốc lộ, đường thành phố, đường sân bay - Tùy theo loại mặt đường cấp phối sử dụng vật liệu thay đổi thành phần tỉ lệ hạt cho phù hợp - Công nghệ sản xuất bê tông nhựa nóng với trung tâm trình trộn nóng vật liệu rang nóng với nhựa nóng cộng với loại phụ gia cần thiết với tỉ lệ định trước Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông nhựa nóng 10 11 16 17 15 14 13 12 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Đến buồng trộn 2|Page Phễu cấp liệu nguội Băng tải ngắn Động rung Băng tải gầu nguội Tang sấy Đầu đốt Băng tải gầu nóng Sàng rung Phễu cấp liệu nóng 10 Buồng cân cốt liệu 11 Cảm biến cân cốt liệu 12 Phễu bột đá 13 Vít tải bột đá 14 Băng tải gầu bột đá 15 Khoang chứa bột đá 16 Buồng cân bột đá 17 Cảm biến cân bột đá 18 Đầu đốt dầu 19 Két dầu 20 Bơm dầu tuần hoàn 21 Két nhựa đường 22 Bơm nhựa đường 23 Đường ống tuần hoàn 24 Van chữ T 25 Buồng cân nhựa đường 26 Bơm phun nhựa 27 Buồng trộn Trong ta chủ yếu nghiên cứu buồng trộn (27) chu trình ảnh hưởng đến buồng trộn trình vận hành trạm trộn Để tiến hành xây dựng chương trình PLC cho hệ thống, cần thực công việc sau: - Phân tích công nghệ - Phân tích mối quan hệ chu trình - Xây dựng Grafcet liên khóa cho chu trình - Định nghĩa biến trạng thái - Phân chia vùng địa nhớ vùng địa thiết bị - Định nghĩa biến vào - Lập trình ngôn ngữ Ladder theo Grafcet định nghĩa Sau ta tiến hành khảo sát lập trình 3|Page II PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ Từ yêu cầu công nghệ trạm trộn nói chung buồng trộn nói riêng, tuỳ theo thời điểm sản xuất công nghệ chế tạo, người ta sử dụng phương pháp điều khiển sau: * Phương pháp điều khiển tay * Phương pháp điều khiển tự động 2.1 Phương pháp điều khiển tay Phương pháp điều khiển tay phương pháp điều khiển trực tiếp, áp dụng cho trạm trộn hệ hệ thống điều khiển có cố, cần khắc phục tạm thời sửa chữa Điều khiển trạm trộn chủ yếu thao tác tay với nút bấm.Yêu cầu đặt cho người điều khiển trạm phải có tay nghề thành thạo, am hiểu tính kỹ thuật trạm Các quy tắc vận hành phải tuân thủ tuyệt đối theo quy trình kỹ thuật Năng suất trạm chất lượng phụ thuộc vào kinh nghiệm người vận hành điều khiển trạm Do xuất trạm thường không cao, chất lượng Phương pháp điều khiển không áp dụng trình trạm làm việc bình thường Đối với phương pháp buồng trộn hành theo thứ tự công nghệ trạm 2.2 Phương pháp điều khiển tự động Việc định lượng vật liệu, tính thời gian trộn, trình trộn, trình xả từ buồng trộn thực tự động Tự động hoá hoàn toàn trạm trộn làm cho công tác vận hành trở nên đơn giản, suất trạm nâng cao, chất lượng thảm nâng cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, lượng Ngoài hệ thống điều khiển tự động có khả giám sát thu thập liệu hỗ trợ trình quản lý sản xuất Quá trình sản xuất bê tông nhựa nóng tổng hợp hệ thống: - Hệ thống định lượng: Cấp liệu nguội, vận chuyển băng tải băng gầu, cân, trộn, xả ) 4|Page - Điều khiển chu trình: Kiểm soát trình nạp liệu, trộn, xả - Hệ thống gia nhiệt: Tang sấy nhựa nóng 2.3 Quá trình vận hành buồng trộn 10 11 16 17 15 14 13 12 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Đến buồng trộn Quá trình thực sau: - Cốt liệu định lượng sơ hệ thống cấp liệu nguội qua phễu cấp liệu xuống băng tải (2) Hệ thống băng tải chuyển cốt liệu qua băng tải gầu nguội (4) vào tang sấy (5) - Tại tang sấy, cốt liệu sấy khô nhiệt độ cao Tang sấy sấy nóng nhờ đầu đốt (6) Đầu đốt có chức gia nhiệt tang sấy để sấy hốn hợp cốt liệu - Sau sấy tang sấy, cốt liệu chuyển qua băng tải gầu nóng (7) lên cao đổ vào phễu cấp liệu nóng (9) Tại cốt liệu chứa vào hộc khác để phân biệt loại cốt liệu riêng biệt Ở hộc có xi lanh 5|Page khí nén đóng mở cửa xả vào buồng cân (10) Cốt liệu sau cân theo yêu cầu buồng cân đổ vào buồng trộn (27) - Ngoài cốt liệu bột đá định lượng nhựa đường đốt nóng đổ vào buồng trộn theo tỉ lệ quy định Buồng trộn (27) có chức trộn cưỡng có chu kì chia làm giai đoạn: Trộn khô (Trộn hỗn hợp cốt liệu nóng với phụ gia) trộn ướt (Sau trộn khô xong thực bơm phun nhựa nóng vào buồng trộn) hỗn hợp cốt liệu nóng với phụ gia nhựa nóng để tạo bê tông nhựa nóng asphalt hay gọi thảm Việc trộn thực nhờ cánh trộn dẫn động động không đồng rôto lồng sóc qua hộp giảm tốc, thường chế tạo thùng trộn có trục quay gắn cánh trộn kích thước với công suất tuỳ thuộc vào công suất trạm trộn Dưới đáy thùng trộn có cửa xả đóng - mở xi lanh khí để xả bê tông nhựa nóng xuống ô tô chở đường đổ vào máy rải thảm Ngoài hệ thống có hệ thống phụ trợ khác hệ thống xử lí bụi , cabin điều khiển, hệ thống khí nén,… 6|Page III PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHU TRÌNH 3.1 Phân chia chu trình Trong trạm BTNN, chia thành chu trình độc lập: - Chu trình cân cốt liệu: Đảm bảo việc cân xả loại cốt liệu - Chu trình cân phụ gia Chu trình cân nhựa Chu trình buồng trộn Mỗi chu trình cân kiểm soát cửa nạp liệu vào buồng cân cửa xả liệu từ buồng cân vào buồng trộn Các chu trình hoạt động độc lập liên khoá với chu trình khác điều kiện cho phép cân cho phép xả Chu trình buồng trộn thực việc trộn xả sản phẩm Trước trộn sản phẩm, buồng trộn phải nạp liệu Trong trạng thái này, buồng cân phép nạp cốt liệu vào buồng trộn Sau trộn xong, buồng trộn xả sản phẩm xuống xe chở sản phẩm Chu trình bột đá Chu trình cốt liệu Chu trình buồng trộn Chu trình asphalt Các chu trình trạm trộn BTNN liên khóa chu trình 7|Page 3.2 Phân tích mối quan hệ chu trình Chu trình buồng trộn chu trình trung tâm, có mối quan hệ mật thiết với chu trình cốt liệu, bột đá, nhựa đường Các chu trình hoạt động độc lập với nhau, ví dụ lúc chu trình buồng trộn thực chu trình cốt liệu, bột đá, nhựa đường làm nhiệm vụ riêng chu trình Nhưng chu trình lại liên quan tới thiếu chu trình cốt liệu, bột đá hay nhựa đường chu trình buồng trộn không làm việc => Do chu trình hoạt động độc lập với nhau, chu trình thực công việc độc lập lại liên quan tới nhau, công việc thực từ bước sang bước nên phương án lập trình chọn lập trình theo bước 8|Page IV GRAFCET 4.1 Grafcet chu trình buồng trộn S1 Bắt đầu Start S2 Chuẩn bị trộn Sẵn sàng S3 S5 Nạp cốt liệu Trộn khô T1 Nạp cốt liệu xong S4 S7 Nạp xong S6 Trộn ướt S9 Tưới nhựa Tưới nhựa xong T2 S8 Trộn xong Trộn xong S10 S11 Xả bê tông Tưới xong Mở cửa xả buồng trộn T3 S12 Nghỉ T4 S13 Kết thúc 9|Page 4.2 Địa hóa biến chu trình buồng trộn: Địa Ghi S2 M0.0 Chuẩn bị trộn S3 M0.1 Nạp cốt liệu S5 M0.2 Trộn khô S4 M0.3 Nạp xong S6 M0.4 Trộn xong S7 M0.5 Trộn ướt S9 M0.7 Tưới nhựa vào buồng trộn S8 M0.6 Trộn ướt xong S10 M1.0 Tưới nhựa xong S11 M1.1 Xả bê tông nhựa S12 M1.2 Nghỉ trộn S1 M1.3 Bắt đầu S13 M1.4 Kết thúc S23 Liên khoá: Buồng cân Kí hiệu Các biến trạng thái Các biến nội liên khóa nhựa trạng thái nghỉ Các đầu vào START I0.0 Nút ấn start STOP I0.2 Nút nhấn Stop 10 | P a g e Các đầu timer T_KHO T1 Thời gian trộn khô T_UOT T2 Thời gian trộn ướt Q1.0 Cửa xả buồng trộn T_XA T3 Thời gian xả sản phẩm T_NGHI T4 Thời gian nghỉ trộn 4.3 Phân tích Grafcet Dưới ta phân tích chu trình làm việc buồng trộn bê tong nhựa nóng trọng trạm trộn: - Buồng trộn trạng thái (bắt đầu) Khi nhấn nút Start để cấp điện cho buồng trộn làm việc buồng trộn chuyển sang trạng thái (Chuẩn bị trộn) Lúc xảy trường hợp: +) Hệ thống chưa sẵn sàng giữ nguyên trạng thái mà không chuyển trạng thái +) Hệ thống sẵn sàng hệ thống bắt đầu làm việc với trạng thái đồng thời - Trạng thái (Nạp cốt liệu) trạng thái (Trộn khô) trộn động kích hoạt lúc Trong trạng thái nạp cốt liệu xong chuyển sang trạng thái (Nạp liệu xong) trạng thái chuyển sang trạng thái sau khoảng thời gian định trước T1 - Khi trạng thái trạng thái có hệ thống chuyển sang trạng thái (Trộn ướt) thực động trôn trạng thái (Tưới nhựa) Nếu trạng thái chưa thực hệ thống đợi đến trạng thái mở - Tiếp tục thực trình trạng thái chuyển sang trạng thái (Trộn ướt xong) sau khoảng thời gian T2 định trước Thực song song với trình chuyển trạng thái trình chuyển từ trạng thái sang trạng thái 10 (Tưới nhựa xong) gặp điều kiện tưới nhựa xong - Khi trạng thái trạng thái 10 tích cực hệ thống tiếp tục chuyển sang trạng thái 11 (Xả sản phẩm) Quá trình xả bê tong ấn định timer 11 | P a g e T3 Sau xả bê tong xong hệ thống chuyển trạng thái 12 (Nghỉ) kết thúc chu trình sau khoảng thời gian nghỉ T4 V PHÂN TÍCH LIÊN KHÓA GIỮA CÁC CHU TRÌNH 5.1 Nguyên tăc liên khóa Trạng thái chu trình điều kiện chuyển trạng thái chu trình khác ngược lại 5.2 Liên khóa chu trình Chu trình cân cốt liệu: Bắt đầu Start Cân đá Mở van cân đá Cân đá xong (Mcân>Mđặt 1) Trễ T0 Cân đá Mở van cân đá Cân đá xong (Mcân>Mđặt2) Trễ T1 Cân đá Mở van cân đá Cân đá xong (Mcân>Mđặt3) Trễ T2 Mở van cân cát Cân cát Cân cát xong (Mcân>Mđặt3) Chờ xả cốt liệu Cho phép xả Xả CL Mở cửa xả buồng cân cốt liệu Xả cốt liệu xong (Mcân[...]... gia vào buồng cân Cân phụ đá 1gia Cân phụ gia xong Chờ xả Cho phép xả phụ gia Mở cửa xả buồng phụ gia Xả phụ gia Xả phụ gia xong Nghỉ T4 Kết thúc Chu trình cân nhựa: Bắt đầu Start Cân nhựa đá 1 Bơm nhựa nóng vào bình cân nhựa Cân nhựa xong Chờ xả nhựa Cho phép xả nhựa Xả nhựa Bơm phun nhựa nóng vào buồng trộn Xả nhựa xong Nghỉ T5 Kết thúc 14 | P a g e - Liên khóa giữa chu trình buồng trộn và chu trình. .. T1 Thời gian trộn khô T_UOT T2 Thời gian trộn ướt Q1.0 Cửa xả buồng trộn T_XA T3 Thời gian xả sản phẩm T_NGHI T4 Thời gian nghỉ trộn 4.3 Phân tích Grafcet Dưới đây ta phân tích 1 chu trình làm việc của buồng trộn bê tong nhựa nóng trọng trạm trộn: - Buồng trộn ở trạng thái 0 (bắt đầu) Khi nhấn nút Start để cấp điện cho buồng trộn làm việc thì buồng trộn chuyển sang trạng thái 1 (Chu n bị trộn) Lúc này... để cho phép xả cốt liệu (Mở cửa buồng cân cốt liệu) Ngược lại xả cốt liệu là điều kiện để cho động cơ trộn làm việc (Trộn khô) - Liên khóa giữa chu trình buồng trộn và chu trình cân phụ gia: Trạng thái S3 (Nạp cốt liệu) sẽ là điều kiện để cho phép xả phụ gia (Mở cửa buồng phụ gia) Ngược lại xả phụ gia là điều kiện để cho động cơ trộn làm việc (Trộn khô) - Liên khóa giữa chu trình buồng trộn và chu trình. .. trong chu trình buồng trộn: Địa chỉ Ghi chú S2 M0.0 Chu n bị trộn S3 M0.1 Nạp cốt liệu S5 M0.2 Trộn khô S4 M0.3 Nạp xong S6 M0.4 Trộn xong S7 M0.5 Trộn ướt S9 M0.7 Tưới nhựa vào buồng trộn S8 M0.6 Trộn ướt xong S10 M1.0 Tưới nhựa xong S11 M1.1 Xả bê tông nhựa S12 M1.2 Nghỉ trộn S1 M1.3 Bắt đầu S13 M1.4 Kết thúc S23 Liên khoá: Buồng cân Kí hiệu Các biến trạng thái Các biến nội bộ và liên khóa nhựa ở... liệu Cho phép xả Xả CL Mở cửa xả buồng cân cốt liệu Xả cốt liệu xong (McânMđặt 1) Trễ T0 Cân đá 2 Mở van cân đá 2... thái đó là quá trình chuyển từ trạng thái 9 sang trạng thái 10 (Tưới nhựa xong) khi gặp điều kiện tưới nhựa xong - Khi 2 trạng thái 8 và trạng thái 10 đều được tích cực thì hệ thống tiếp tục chuyển sang trạng thái 11 (Xả sản phẩm) Quá trình xả bê tong sẽ được ấn định bởi timer 11 | P a g e T3 Sau khi xả bê tong xong hệ thống sẽ chuyển về trạng thái 12 (Nghỉ) và sẽ kết thúc 1 chu trình sau khoảng thời... Trạng thái của chu trình này là điều kiện chuyển trạng thái của chu trình khác và ngược lại Nguyên tắc lập trình theo bước Sn ĐK.n-1 Sn Trạng thái n Trạng thái n+1 S0.n (R) 1 S0.n+1 (S) 1 Qx Network chuyển trạng thái ĐK.n Sn+1 ĐK.n Qy Sn Qx ( ) Sm ĐK.n+1 Network điều khiển đầu ra 15 | P a g e 6.2 Tổ chức chương trình - Các logic được chia làm 3 loại: + Logic làm việc: Bao gồm Logic chuyển trạng thái... chuyển sang trạng thái 7 (Trộn ướt) được thực hiện bởi động cơ trôn và trạng thái 9 (Tưới nhựa) Nếu 1 trong 2 trạng thái 4 và 6 chưa được thực hiện thì hệ thống sẽ đợi đến khi cả 2 trạng thái này cùng mở - Tiếp tục thực hiện quá trình thì trạng thái 7 được chuyển sang trạng thái 8 (Trộn ướt xong) sau khoảng thời gian T2 được định trước Thực hiện song song với quá trình chuyển trạng thái đó là quá trình