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

Buồng trộn Trong bài này ta chủ yếu nghiên cứu buồng trộn 27 các chu trình ảnh hưởng đến buồng trộn trong quá trình vận hành trạm trộn Để tiến hành xây dựng chương trình PLC cho một hệ t

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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

Hà Nội

MỤC LỤC

Trang

I BÊ TÔNG NHỰA NÓNG 2

II PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ 4

2.1 Phương pháp điều khiển bằng tay 4

2.2 Phương pháp điều khiển tự động 4

2.3 Quá trình vận hành buồng trộn 5

III PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHU TRÌNH 7

3.1 Phân chia chu trình 7

3.2 Phân tích mối quan hệ giữa các chu trình 8

IV GRAFCET 9

4.1 Grafcet chu trình buồng trộn 9

4.2 Địa chỉ hóa các biến trong 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 giữa các 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

1 Phương trình logic 18

2 Lập trình S7-200 ngôn ngữ Ladder 18

I BÊ TÔNG NHỰA NÓNG

- Bê tông nhựa nóng gồm có nhựa đường và cốt liệu được trộn nóng trong trạm trộn

rồi rải nóng

- Hỗn hợp bê tông nhựa rải nóng thường được sử dụng để làm mặt đường cao tốc,

các quốc lộ, đường thành phố, đường sân bay

- Tùy theo từng loại mặt đường thì cấp phối sử dụng trong vật liệu sẽ thay đổi thành

phần tỉ lệ hạt cho phù hợp

- Công nghệ sản xuất bê tông nhựa nóng với trung tâm là quá trình trộn nóng vật

liệu đã được rang nóng với nhựa nóng cộng với các loại phụ gia cần thiết với tỉ lệ đã

1 Phễu cấp liệu nguội 2 Băng tải ngắn 3 Động cơ rung

4 Băng tải gầu nguội 5 Tang sấy 6 Đầu đốt

7 Băng tải gầu nóng 8 Sàng rung 9 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 bài này ta chủ yếu nghiên cứu buồng trộn (27) các chu trình ảnh hưởng đến buồng trộn trong quá trình vận hành trạm trộn

Để tiến hành xây dựng chương trình PLC cho một hệ thống, cần thực hiện các công việc sau:

- Phân tích công nghệ

- Phân tích mối quan hệ giữa các chu trình

- Xây dựng Grafcet và liên khóa cho các chu trình

- Định nghĩa các biến trạng thái

- Phân chia vùng địa chỉ bộ nhớ và vùng địa chỉ của các thiết bị

- Định nghĩa các biến vào ra

- Lập trình ngôn ngữ Ladder theo Grafcet đã được định nghĩa

Sau đây ta sẽ tiến hành khảo sát và lập trình

II PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ

Từ yêu cầu công nghệ của trạm trộn nói chung và buồng trộn nói riêng, tuỳ theo thời điểm sản xuất và công nghệ chế tạo, người ta sử dụng các phương pháp điều khiển như sau:

* Phương pháp điều khiển bằng tay

* Phương pháp điều khiển tự động

2.1 Phương pháp điều khiển bằng tay

Phương pháp điều khiển bằng tay là phương pháp điều khiển trực tiếp, áp dụng cho các trạm trộn thế hệ đầu tiên hoặc khi hệ thống điều khiển có sự cố, cần khắc phục tạm thời hoặc sửa chữa Điều khiển trạm trộn chủ yếu thao tác bằng tay với các nút bấm.Yêu cầu đặt ra cho người điều khiển trạm là phải có tay nghề thành thạo, am hiểu các tính năng kỹ thuật của trạm Các quy tắc vận hành phải được tuân thủ tuyệt đối theo quy trình kỹ thuật Năng suất trạm và chất lượng phụ thuộc vào kinh nghiệm của người vận hành điều khiển trạm Do vậy năng xuất trạm thường không cao, chất lượng kém Phương pháp điều khiển này không được áp dụng trong quá trình trạm làm việc bình thường

Đối với phương pháp này thì buồng trộn cũng sẽ được vẫn hành theo thứ tự công nghệ của trạm

2.2 Phương pháp điều khiển tự động

Việc định lượng vật liệu, tính thời gian trộn, quá trình trộn, quá trình xả từ buồng trộn đều được thực hiện tự động

Tự động hoá hoàn toàn trạm trộn làm cho công tác vận hành trở nên đơn giản, năng suất trạm nâng cao, chất lượng thảm nâng cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, năng lượng

Ngoài ra hệ thống điều khiển tự động còn có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu hỗ trợ quá trình quản lý sản xuất

Quá trình sản xuất bê tông nhựa nóng là tổng hợp của 3 hệ thống:

- Hệ thống định lượng: Cấp liệu nguội, vận chuyển bằng các băng tải và băng

- Điều khiển chu trình: Kiểm soát quá trình nạp liệu, trộn, xả

- Hệ thống gia nhiệt: Tang sấy và nhựa nóng

2.3 Quá trình vận hành buồng trộn

Quá trình được thực hiện như sau:

- Cốt liệu được định lượng sơ bộ ở hệ thống cấp liệu nguội qua phễu cấp liệu xuống

băng tải (2) Hệ thống băng tải sẽ chuyển cốt liệu qua băng tải gầu nguội (4) vào

tang sấy (5)

- Tại tang sấy, cốt liệu được sấy khô ở nhiệt độ cao Tang sấy được sấy nóng nhờ

đầu đốt (6) Đầu đốt có chức năng gia nhiệt tang sấy để sấy hốn hợp cốt liệu

- Sau khi được sấy tại tang sấy, cốt liệu được vẫn chuyển qua băng tải gầu nóng (7)

lên cao và đổ vào phễu cấp liệu nóng (9) Tại đây cốt liệu được chứa vào các hộc

khác nhau để phân biệt từng loại cốt liệu riêng biệt Ở dưới mỗi hộc đều có xi lanh

khí nén đóng mở cửa xả vào buồng cân (10) Cốt liệu sau khi đã được cân theo yêu cầu tại buồng cân thì sẽ được đổ vào buồng trộn (27)

- Ngoài cốt liệu thì bột đá cũng sẽ được định lượng và nhựa đường được đốt nóng cũng sẽ được đổ vào buồng trộn theo đúng tỉ lệ đã quy định

Buồng trộn (27) có chức năng trộn cưỡng bức có chu kì chia làm 2 giai đoạn: Trộn khô (Trộn hỗn hợp cốt liệu nóng với phụ gia) và trộn ướt (Sau khi trộn khô xong thì thực hiện bơm phun nhựa nóng vào buồng trộn) hỗn hợp cốt liệu nóng với phụ gia và nhựa nóng để tạo ra bê tông nhựa nóng asphalt hay còn gọi là thảm Việc trộn được thực hiện nhờ các cánh trộn được dẫn động bởi động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc qua hộp giảm tốc, thường chế tạo thùng trộn có 2 trục quay gắn các cánh trộn và kích thước với công suất tuỳ thuộc vào công suất trạm trộn Dưới đáy thùng trộn có cửa xả đóng - mở bằng xi lanh khí để xả bê tông nhựa nóng xuống ô

tô chở ra đường đổ vào máy rải thảm

Ngoài các hệ thống chính trên còn có các hệ thống phụ trợ khác như hệ thống xử lí bụi , cabin điều khiển, hệ thống khí nén,…

III PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHU TRÌNH

3.1 Phân chia chu trình

Trong trạm BTNN, chia thành 4 chu trình độc lập:

- Chu trình cân cốt liệu: Đảm bảo việc cân và xả các loại cốt liệu

- Chu trình cân phụ gia

- Chu trình cân nhựa

- Chu trình buồng trộn

Mỗi chu trình cân sẽ kiểm soát các cửa nạp liệu vào buồng cân và cửa xả liệu từ buồng cân vào buồng trộn Các chu trình hoạt động độc lập và liên khoá với các chu trình khác bởi 2 điều kiện cho phép cân và cho phép xả

Chu trình buồng trộn thực hiện việc trộn và xả sản phẩm Trước khi trộn sản phẩm, buồng trộn phải được nạp liệu Trong trạng thái này, các buồng cân sẽ được phép nạp cốt liệu vào buồng trộn Sau khi trộn xong, buồng trộn sẽ xả sản phẩm xuống xe chở sản phẩm

Các chu trình của trạm trộn BTNN và liên khóa giữa các chu trình

Chu trình cốt liệu

Chu trình bột

đá

Chu trình buồng trộn

Chu trình asphalt

3.2 Phân tích mối quan hệ giữa các chu trình

Chu trình buồng trộn là chu trình trung tâm, có mối quan hệ mật thiết với các chu trình cốt liệu, bột đá, nhựa đường

Các chu trình này hoạt động độc lập với nhau, ví dụ trong lúc chu trình buồng trộn thực hiện thì các chu trình như cốt liệu, bột đá, nhựa đường cũng đang làm nhiệm vụ riêng của từng chu trình Nhưng các chu trình lại liên quan tới nhau như nếu thiếu 1 trong 3 chu trình cốt liệu, bột đá hay nhựa đường thì chu trình buồng trộn sẽ không làm việc

=> Do các chu trình hoạt động độc lập với nhau, mỗi chu trình thực hiện 1 công việc độc lập nhưng lại liên quan tới nhau, các công việc này được thực hiện tuần tự

từ bước này sang bước kia nên phương án lập trình ở đây được chọn là lập trình theo bước

S5 S3

S9 T2

S10

Sẵn sàng

Start S1

S2

S8

Kết thúc S13

4.2 Địa chỉ hóa các biến trong chu trình buồng trộn:

Các đầu ra và timer

- Khi 2 trạng thái 4 và trạng thái 6 đều đã có thì hệ thống sẽ 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 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

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 gian nghỉ T4

V PHÂN TÍCH LIÊN KHÓA GIỮA CÁC CHU TRÌNH

5.1 Nguyên tăc liên khóa

Trạng thái của chu trình này là điều kiện chuyển trạng thái của chu trình khác

và ngược lại

5.2 Liên khóa giữa các chu trình

Xả CL Cân đá 2

S5 S3

S9 T2

S10

Sẵn sàng

Start S1

S2

S8

Kết thúc S13

Chu trình cân phụ gia:

Chu trình cân nhựa:

Bắt đầu

Cân đá 1 Cân phụ gia

Cân phụ gia xong

Mở cửa xả phụ gia vào buồng cân Start

T4 Kết thúc

Bắt đầu

Cân đá 1 Cân nhựa

Chờ xả nhựa

Nghỉ

Xả nhựa

Xả nhựa xong Bơm phun nhựa nóng vào buồng trộn Cho phép xả nhựa

Cân nhựa xong Bơm nhựa nóng vào bình cân nhựa Start

T5 Kết thúc

- Liên khóa giữa chu trình buồng trộn và chu trình cân cốt liệu: Trạng thái S3 (Nạp cốt liệu) sẽ là điều kiện 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 cân nhựa: Trạng thái S9 (Tưới nhựa) sẽ là điều kiện để cho phép xả nhựa (Bơm phun nhựa nóng vào buồng trộn) Ngược lại xả nhựa là điều kiện để cho động cơ trộn làm việc (Trộn khô)

VI XÂY DỰNG LOGIC LÀM VIỆC, LIÊN KHÓA & BẢO VỆ

6.1 Nguyên tắc lập trình cho hệ thống với chu trình nhiều liên khóa

- Nguyên tắc cơ bản: Chia bài toán thành các chu trình nhỏ, độc lập với nhau, liên khoá bằng các cấu trúc liên khoá

- Nguyên tắc liên khóa: 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

Network chuyển trạng thái

Network điều khiển đầu ra

(R) 1 S0.n+1 (S) 1

6.2 Tổ chức chương trình

- Các logic được chia làm 3 loại:

+ Logic làm việc: Bao gồm Logic chuyển trạng thái logic điều khiển đầu ra Logic làm việc đảm bảo cho hệ thống làm việc đúng tính năng thiết kế

Để đảm bảo tính chính xác cho chương trình, cần đảm bảo các quy tắc sau:

Mỗi trạng thái chỉ có duy nhất 1 network chuyển trạng thái bao gồm: bắt đầu bằng logic xác định trạng thái, logic chuyển trạng thái Khi đảm bảo điều kiện chuyển trạng thái thì đặt trạng thái mới và reset trạng thái cũ

Mỗi đầu ra chỉ có duy nhất 1 network điều khiển đầu ra: Đầu ra sẽ được tích cực khi và chỉ khi chu trình đang ở một trong số các trạng thái tương ứng

Các network khởi động/dừng: khi khởi động hệ thống, cần phải đưa các thiết bị vào trạng thái làm việc Do vậy, cần có những logic khởi tạo trạng thái ban đầu cho tất

cả các thiết bị Trong cấu trúc lập trình cũng cần có những thiết lập ban đầu cho các biến

Ngược lại, khi hệ thống chuyển sang trạng thái dừng (bất thường, người sử dụng yêu cầu hoặc theo chu trình), cần nhanh chóng chuyển hệ thống về trạng thái dừng

an toàn

+ Logic liên khóa đầu ra: Logic liên khóa đảm bảo tính chắc chắn của hệ thống Nó giữ cho hệ thống luôn làm việc bình thường, không có những trạng thái lạ, những điều khiển sai (do lỗi lập trình hoặc trong quá trình gỡ rối)

+ Logic sự cố: Trong quá trình hoạt động, không tránh khỏi những sự cố, logic sự

cố nhằm phát hiện những hư hỏng xuất phát từ bên trong hoặc ngoài hệ thống và hạn chế tối đa các hỏng hóc phát sinh Thông thường, khi hệ thống đã ở trạng thái

sự cố, khó có thể kiểm soát được thiết bị nào còn hoạt động bình thường, do vậy, vì

lý do an toàn, khi đó, càng nhanh chóng đưa hệ thống về trạng thái dừng càng tốt Đối với buồng trộn BTNN ta có liên khóa:

Các cửa nạp liệu và cửa xả liệu của cùng một buồng cân/ buồng trộn là các đầu

ra trái ngược cần được liên khóa lẫn nhau

Trong network điều khiển của mỗi đầu ra bố trí các tiếp điểm liên khóa (thường đóng) của đầu ra ngược lại, nhằm đảm bảo các đầu ra không cùng mở đồng thời Bảo vệ: Các trạng thái không bình thường hoặc mất an toàn phải được kiểm tra

và loại trừ

VII VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO S7-200