ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH TỰ ĐỘNG

Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đồ án này, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: Thầy Trần Quang Vinh tạo điều kiện thuận lợi để nhóm chúng em thực tốt đồ án khoảng thời gian ngắn Các thầy cô khoa công nghệ điện tử truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên môn, tạo điều điện thuận lợi để chúng em thực tốt đồ án ” xây dựng mô hình, điều khiển giám sát trạm trộn bê tông “ dùng PLC giám sát wincc Sau gửi lời cảm ơn tới gia đình tất người bạn, người gắn bó học tập, làm đồ án nhiệt tình giúp đỡ nhóm em trình thực Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… TP.HCM, ngày……tháng……năm 2013 Giáo viên hƣớng dẫn Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm bê tông 1.2 Các thành phần cấu tạo bê tông 1.3 Một số tính chất đặc thù bê tông CHƢƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 10 1.Giới thiệu chung 10 2.Trạm trộn bê tông xi măng 11 2.1Giới thiệu chung 11 2.2Phân loại 12 2.3 Cấu tạo chung trạm trộn bê tông xi măng 12 2.4 Nguyên lý hoạt động chung trạm trộn bê tông xi măng 17 PHẦN II: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 VÀ CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMMENS 18 1.1 PLC gì? 18 1.2 Cấu trúc hoạt động PLC 19 1.3 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200 Siemens 23 1.4 Cấu trúc chương trình S7-200: 28 1.5 Các lệnh sử dụng chương trình: 29 Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh CHƢƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN 36 2.1 Module analog Siemems 36 2.2 Module analog EM 235 40 2.3 Module analog EM 223 43 2.4 Đầu đọc tín hiệu cân PAXS PAXI 43 2.5 Thiết bị khí nén 58 2.6 Cảm biến: 60 2.7 Loadcell: 64 2.8Một số thiết bị khác: 66 PHẦN III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG CHƢƠNG 1: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 69 Phần Cứng 69 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TỦ ĐIỆN 71 Điều Khiển 71 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 79 3.1 Chương trình điều khiển 79 3.2Thiết kế giao diện điều khiển giám sát sử dụng WinnCC 115 PHẦN IV: KẾT LUẬN 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh LỜI MỞ ĐẦU Ngành Điện Tử ngành quan trọng mang tính định cho phát triển quốc gia Từ thiết bị thô sơ lạc hậu ngày đầu, đến ngành điện tử Việt Nam có bước phát triển vượt bậc với hệ thống sở hạ tầng, công nghệ kỹ thuật đại.Ngành điện tử xem huyết mạch kinh tế, phát triển dịch vụ điện tử tạo điều kiện cho ngành kinh tế khác phát triển Ngày nay, hệ thống điều khiển tự động không xa lạ với Nó đời từ sớm, nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu sống người Vì điều khiển tự động trở thành ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu ứng dụng ngành điều khiển tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt người Đặc biệt lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC trình sản xuất bê tông trạm trộn bê tông xi măng thực mang lại hiệu kinh tế lớn cho trình sản xuất Vì vậy, nhằm tạo điều kiện tốt để tiếp xúc, làm quen với thiết bị tự động vận dụng kiến thức học vào thực tế Nhóm em chọn đề tài: “ xây dựng mô hình, điều khiển giám sát trạm trộn bê tông’’ Trong trình thực đề tài, nhóm chúng em cố gắng tìm hiểu học hỏi Nhưng khả hạn chế nên có sai xót mong nhận thông cảm từ quý thầy cô Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm bê tông: Bê tông hỗn hợp tạo thành từ cát, đá, xi-măng, nước Trong cát đá chiếm 80% - 85%, xi măng chiếm 8% - 15%, lại khối lượng nước, có chất phụ gia thêm vào để đáp ứng yêu cầu cần thiết Hỗn hợp vật liệu sau nhào trộn tạo nên hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông phải có độ dẻo định, phù hợp với mục đích sử dụng Có nhiều loại bê tông tùy thuộc vào thành phần hỗn hợp Mỗi thành phần cát, đá, xi măng, nước, … khác tạo thành nhiều Mác bê tông khác 1.2 Các thành phần cấu tạo bê tông: a) Xi măng: Việc lựa chon xi măng đặc biệt quan trọng việc sản xuất bê tông, có nhiều loại xi măng khác nhau, xi măng mác cao khả kết dính tốt làm chất lượng thiết kế bê tông tăng lên nhiên giá thành xi măng mác cao lớn Vì thiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất yêu cầu kĩ thuật giải tốt toán kinh tế b) Cát: Cát dùng sản xuất bê tông cát thiên nhiên hay cát nhân tạo, kích thước hạt cát từ 0.4 – mm Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất, thành phần hạt… Trong thành phần bê tông cát chiếm khoảng 29% Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh c) Đá dăm: Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích cỡ đá, tùy thuộc vào kích cỡ bê tông mà ta chọn kích thước đá phù hợp Trong thành phần bê tông đá dăm chiếm khoảng 52% d) Nƣớc: Nước dùng sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng xấu đến khả ninh kết bê tông chống ăn mòn kim loại e) Chất 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 sử dụng lượng nhỏ có khả cải thiện đáng kể tính chất hỗn hợp bê tông tăng cường nhiều tính chất khác bê tông  Loại phụ gia rắn nhanh: Loại phụ gia rắn nhanh có khả rút ngắn trình rắn bê tông điều kiện tự nhiên nâng cao cường độ bê tông Hiện công nghệ sản xuất bê tông người ta sử dụng phụ gia đa chức Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh 1.3 Một số tính chất đặc thù bê tông: 1.3.1Cƣờng độ bê tông: Cường độ bê tông độ cứng rắn bê tông chống lại lực tác động từ bên mà không bị phá hoại Cường độ bê tông phản ánh khả chịu lực Cường độ bê tông phụ thuộc vào tính chất xi măng, tỷ lệ nước xi măng, phương pháp đổ bê tông điều kiện đông cứng Đặc trưng cường độ bê tông "mác" hay gọi "số liệu" Mác bê tông ký hiệu M ( xem bảng I.1.1 ), cường độ chịu nén tính theo (N/cm2) mẫu bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15cm, tuổi 28 ngày dưỡng hộ thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn ( nhiệt độ 200C  C), độ ẩm không khí 90% đến 100% Mác M tiêu loại bê tông kết cấu Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có 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 kg/m3 đến 2500kg/m3 cốt liệu sỏi đá đặc  Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300 bê tông nhẹ có khối lượng riêng khoảng ến 1800kg/m3, cốt liệu loại đá có lỗ rỗng, keramzit, xỉ quặng Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp M150 Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Cường độ bê tông tăng theo thời gian, tính chất đáng quý bê tông, đảm bảo cho công trình làm bê tông bền lâu công trình làm gạch, đá, gỗ, thép Lúc đầu cường độ bê tông tăng lên nhanh, sau tốc độ giảm dần Trong môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) thuận lợi tăng cường độ kéo dài nhiều năm, điều kiện khô hanh nhiệt độ thấp cường độ bê tông tăng không đáng kể MÁC ( M ) Xi Măng ( Kg ) Cát ( m3 ) Đá (m3 ) Nước ( lít ) 150 244 0.498 0.856 195 200 293 0.479 0.846 195 250 341 0.461 0.835 195 300 390 0.438 0.829 195 350 450 0.406 0.846 200 400 465 0.419 0.819 186 Bảng I.1.1: Một số Mác bê tông cụ thể với xi măng PCB40 1.3.2 Tính giãn nở bê tông: Trong trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở nước co lại không khí Về giá trị tuyệt đối độ co lớn độ nở 10 lần giới hạn đó, độ nở làm tốt cấu trúc bê tông tượng co ngót kéo theo hậu xấu Bê tông bị co ngót nhiều nguyên nhân: trước hết nước xi măng, trình Cacbon hoá Hyđroxit đá xi măng Hiện tượng giảm thể tích tuyệt đối hệ xi măng - nước Co ngót nguyên nhân gây nứt, giảm cường độ, chống thấm để ổn định bê tông, bê tông cốt thép môi trường xâm thực Vì công trình có chiều dài lớn, để tránh nứt người ta phân đoạn để tạo thành khe co dãn Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh 1.3.3 Tính chống thấm bê tông: Tính chống thấm bê tông đặc trưng độ thẩm thấu nước qua kết cấu bê tông Độ chặt bê tông ảnh hưởng định đến tính chống thấm Để tăng cường tính chống thấm phải nâng cao độ chặt bê tông cách đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp phối hạt cốt liệu, giảm tỷ lệ nước, xi măng vị trí số tối thiểu Ngoài để tăng tính chống thấm người ta trộn bê tông số chất phụ gia 1.3.4 Quá trình đông cứng bê tông biện pháp bảo quản: Quá trình đông cứng bê tông phụ thuộc vào trình đông cứng xi măng thời gian đông kết bắt đầu không sớm 45 phút… Vì sau trộn bê tông xong cần phải đổ để tranh tượng vữa xi măng bị đông cứng trước đổ thời gian từ lúc bê tông khỏi máy trộn đến lúc đổ xong lớp bê tông (không có tính phụ gia) không 90' dùng xi măng pooclăng không 110', dùng xi măng pooclăng xỉ, tro núi lửa, xi măng pulơlan Thời gian vận chuyển bê tông (kể từ lúc đổ bê tông khỏi máy trộn) đến lúc đổ vào khuôn không nên lâu làm cho vữa bê tông bị phân tầng Thời gian vận chuyển cho phép bê tông (không có phụ gia): Nhiệt độ ( 0C ) Thời gian vận chuyển ( phút ) 20 đến 30 45 10 đến 20 60 đến 10 90 Bảng I.1.2: Thời gian vận chuyển cho phép bê tông ( phụ gia) Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 10 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 104 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 105 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 106 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 107 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh SBR-3 Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 108 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 109 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 110 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 111 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 112 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 113 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 114 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh 3.2 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát sử dụng WinnCC 3.2.1 Giới thiệu WinCC: WinCC ( Windows control center ) phần mềm tích hợp giao diện người máy IHMI ( Integrated Human Machine Interface ) cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với trình tự động hóa Những thành phần dễ sử dụng WinCC giúp tích hợp ứng dụng có sẵn mà không gặp trở ngại Đặc biệt với WinCC, người sử dụng tạo giao diện giúp quan sát hoạt động trình tự động hóa cách dễ dàng Phần mềm trao đổi liệu trực tiếp với nhiều loại PLC hãng khác Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley…, đặc biệt truyền thông tốt với PLC hãng Siemens Nó cài đặt máy tính giao tiếp với PLC qua cổng COM1 COM2 ( chuẩn RS232 )  Thành lập dự án WinCC  Khởi động WinCC  Khởi tạo dự án  Chọn cài đặt PLC điều khiển  Định nghĩa tags  Tạo hiệu chỉnh hình ảnh trình  Thiết lập thuộc tính thời gian thực thi WinCC Runtime  Hiển thị thông số lưu trữ liệu 3.2.2 Thiết kế giao diện - Giao diện thiết kế để điều khiển giám sát trình hoạt động auto hệ thống trạm trộn Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 115 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh Hình III.3.2: Giao diện điều khiển trạm trộn Hình III.3.3: Hiển thị thông số xuất liệu lưu trữ Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 116 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh PHẦN IV: KẾT LUẬN I KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC  Hiểu nguyên lý trạm trộn, cách vận hành trạm trộn bê tông xi măng  Nắm vững kiến thức PLC S7-200 thiết bị kết nối liên quan  Kết nối, sử dụng thiết bị tự động như: loadcell, đầu đọc giá trị cân, cảm biến…  Thiết kế, thi công thành công mô hình trạm trộn bê tông gần giống thực tế  Thiết kế, đấu nối thiết bị tủ điện điều khiển, đấu nối van solenoid  Viết chương trình điều khiển giám sát hệ thống chạy ổn định  Thực điều khiển giám sát thông qua giao diện HMI WinCC II HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI  Chưa có kinh nghiệm nên thiếu xác số khâu, phận khí  Do thực đề tài với mô hình nên khó khăn vấn đề sai số cân khối lượng nhỏ  Hạn chế mặt kinh phí nên thực cân thực loadcell với cát đá, nước xi măng cân giả lập  Hạn chế ngõ nên chưa đưa đc số cảnh báo lỗi III HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI  Với đầy đủ I/O xác phần khí, đề tài cho kết qua cao hơn, cho phép hệ thống hoạt động ổn định, xác áp dụng bên thực tế  Giải vấn đề sai số cân thực tế  Gắn thêm CT đo dòng theo dõi để biết hệ thống chạy ổn định hay không  Thiết kế hệ thống tải liệu cát đá băng tải để nâng cao công suất mẻ trộn Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 117 Đồ án chuyên ngành tự động GVHD: Thầy.Trần Quang Vinh TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng Dẫn Sử Dụng Simatic Step 7-Micro/Dos _ Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tự Động Hóa Với S7-200 _ NXB Nông Nghiệp Hà Nội Truyền Động Điện Trang Bị Điện với S7 – VISU – WINCC _ Nguyễn Thị Ngọc Loan , Phùng Thị Nguyệt , Phạm Quang Hiển Linh Kiện Quang Điện Tử _ Dương Minh Trí - NXB Khoa Học Kỹ Thuật GIAO DIỆN NGƯỜI- MÁY HMI ( HUMAN MACHINE INTERFACE ) LẬP TRÌNH VỚI S7 – VÀ WINCC 6.0 TS TRẦN THU HÀ VÀ KS PHẠM QUANG HUY TỰ ĐỘNG HÓA VỚI SIMATIC S7-200 NGUYỄN DOÃN PHƯỚC Tài liệu điều khiển thủy khí – TS TRẦN HOÀI AN – ĐH GTVT TP HCM Industrial Automation – Circuit Design and Component – David W Pessen – Department of Mechanical Engineering Technion, Israel Institue of Technology Haifa, Israel Giáo trình cảm biến công nghiệp – TS Hoàng Minh Công – ĐH Bách Khoa Đà Nẵng 10.Siemens STEP 2000 Baiscs of PLCs – Training Document of Siemens Mô Hình Điều Khiển – Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông Trang 118