Xây dựng mô hình, điều khiển giám sát trạm trộn bê tông

Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong những ngày đầu, đến nay ngành điện tử Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc với hệ thống cơ sở hạ tầng, công nghệ kỹ thuật hiện đại.Ngành đ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP.HCM, ngày……tháng……năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI MỞ ĐẦU 4

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG 5

1.1 Khái niệm về bê tông 5

1.2 Các thành phần cấu tạo bê tông 5

1.3 Một số tính chất đặc thù của bê tông 7

CHƯƠNG 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 của trạm trộn bê tông xi măng 17

PHẦN II: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 VÀ CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMMENS 18

1.1 PLC là gì? 18

1.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC 19

1.3 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200 của Siemens 23

1.4 Cấu trúc chương trình của S7-200: 28

1.5 Các lệnh sử dụng trong chương trình: 29

CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN 36

2.1 Module analog của Siemems 36

2.2 Module analog EM 235 40

2.3 Module analog EM 223 43

2.4 Đầu đọc tín hiệu cân PAXS và 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 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 69

Phần Cứng 69

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TỦ ĐIỆN 71

Điều Khiển 71

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 79

3.1 Chương trình điều khiển 79

3.2Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát sử dụng WinnCC 115

PHẦN IV: KẾT LUẬN 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành Điện Tử là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết định cho sự phát triển của một quốc gia Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong những ngày đầu, đến nay ngành điện tử Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc với hệ thống cơ sở hạ tầng, công nghệ kỹ thuật hiện đại.Ngành điện tử được xem như là huyết mạch của nền kinh tế, phát triển dịch vụ điện tử sẽ tạo điều kiện cho các ngành kinh tế khác phát triển

Ngày nay, hệ thống điều khiển tự động không còn quá xa lạ với chúng ta Nó được ra đời từ rất sớm, nhằm đáp ứng được nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người Vì vậy điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng của ngành điều khiển tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người

Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC trong quá trình sản xuất

bê tông tại các trạm trộn bê tông xi măng thực sự đã mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho quá trình sản xuất Vì vậy, nhằm tạo điều kiện tốt nhất để có thể tiếp xúc, làm quen với các thiết bị tự động và vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế

Nhóm em đã chọn đề tài: “ xây dựng mô hình, điều khiển giám sát trạm trộn bê tông’’

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã cố gắng tìm hiểu và học hỏi Nhưng do khả năng còn hạn chế nên có những sai xót mong nhận được sự thông cảm từ quý thầy cô

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ

TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG

1.1 Khái niệm về bê tông:

Bê tông là 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, ngoài ra còn có chất phụ gia thêm vào để đáp ứng yêu cầu cần thiết

Hỗn hợp vật liệu sau đó được nhào trộn tạo nên hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông phải có độ dẻo nhất định, phù hợp với mục đích sử dụng Có nhiều loại bê tông tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp trên Mỗi thành phần cát, đá, xi măng, nước, … khác nhau sẽ tạo thành nhiều Mác bê tông khác nhau

1.2 Các thành phần cấu tạo bê tông:

a) Xi măng:

Việc lựa chon xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất ra bê tông, có nhiều loại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt

và làm chất lượng thiết kế bê tông tăng lên tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao

là rất lớn Vì vậy khi thiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất đúng yêu cầu kĩ thuật và giải quyết tốt bài toán kinh tế

b) Cát:

Cát dùng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo, kích thước hạt cát là từ 0.4 – 5 mm 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%

c) Đá dăm:

Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích cỡ của đá, do đó tùy thuộc vào kích cỡ của bê tông mà ta chọn kích thước đá phù hợp Trong thành phần bê tông đá dăm chiếm khoảng 52%

d) Nước:

Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng xấu đến khả năng ninh kết của bê tông và 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 này 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 này 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 sản xuất bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng

1.3 Một số tính chất đặc thù của bê tông:

1.3.1Cường độ của bê tông:

Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực tác động từ bên ngoài mà không bị phá hoại

Cường độ của bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó Cường độ của bê tông phụ thuộc vào tính chất của xi măng, tỷ lệ nước và xi măng, phương pháp đổ bê tông

và điều kiện đông cứng

Đặc trưng cơ bản của cường độ bê tông là "mác" hay còn gọi là "số liệu"

Mác bê tông ký hiệu M ( xem bảng I.1.1 ), là cường độ chịu nén tính theo (N/cm2) của mẫu bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15cm, tuổi 28 ngày được dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn ( nhiệt độ 200C

 20C), độ ẩm không khí 90% đến 100% Mác M là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu

Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các 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 chắc

 Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300 bê tông nhẹ

có khối lượng riêng trong khoảng ến 1800kg/m3

, cốt liệu là các loại đá có lỗ rỗng, keramzit, xỉ quặng

Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn M150

Cường độ của bê tông tăng theo thời gian, đây là một tính chất đáng quý của bê tông, đảm bảo cho công trình làm bằng bê tông bền lâu hơn những công trình làm bằng gạch, đá, gỗ, thép Lúc đầu cường độ bê tông tăng lên rất nhanh, sau đó tốc độ giảm dần Trong môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) thuận lợi sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp thì cường

độ bê tông tăng không đáng kể

Bảng I.1.1: Một số Mác bê tông cụ thể với xi măng PCB40

1.3.2 Tính giãn nở của bê tông:

Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn độ nở 10 lần một giới hạn nào đó, độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông còn hiện tượng co

ngót luôn kéo theo hậu quả xấu

Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân: trước hết là sự mất nước hoặc xi măng, quá trình Cacbon hoá Hyđroxit trong đá xi măng Hiện tượng giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng - nước Co ngót là nguyên nhân gây ra nứt, giảm cường độ, chống thấm và để ổn định của bê tông, và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực Vì vậy đối với những công trình có chiều dài lớn, để tránh nứt người ta đã phân đoạn để tạo thành các khe co dãn

1.3.3 Tính chống thấm của bê tông:

Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết cấu

bê tông Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của nó Để tăng cường tính chống thấm phải nâng cao độ chặt của bê tông bằng cách đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp phối hạt của cốt liệu, giảm tỷ lệ nước, xi măng ở vị trí số tối thiểu Ngoài ra để tăng tính chống thấm người ta còn trộn bê tông một số chất phụ gia

1.3.4 Quá trình đông cứng của bê tông và biện pháp bảo quản:

Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào quá trình đông cứng của xi măng thời gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút… Vì vậy sau khi trộn bê tông xong cần phải đổ ngay để tranh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước khi đổ thời gian từ lúc bê tông ra khỏi máy trộn đến lúc đổ xong 1 lớp bê tông (không có tính phụ gia) không quá 90' khi dùng xi măng pooclăng không quá 110', khi dùng xi măng pooclăng xỉ, tro núi lửa, xi măng pulơlan Thời gian vận chuyển bê tông (kể từ lúc đổ bê tông ra khỏi máy trộn) đến lúc đổ vào khuôn và không nên lâu quá làm cho vữa bê tông bị phân tầng

Thời gian vận chuyển cho phép của bê tông (không có phụ gia):

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

1 Giới thiệu chung:

Hiện nay trên thị trường có hai loại tạm trộn chính: trạm trộn bê tông nhựa nóng và trạm trộn bê tông xi măng

 Trạm trộn bê tông nhựa nóng: Dùng để sản xuất bê tông từ hỗn hợp nhựa đường (hắc ín), đá, chất phụ gia…, nó được ứng dụng phổ biến trong xây dựng đường xá, các công trình giao thông, cầu, cảng… được rải lên bề mặt

Hình I.2.1: Trạm trộn bê tông nhựa nóng thực tế

 Trạm trộn bê tông xi măng: Ứng dụng rộng rãi trong đời sống hiện nay nhất là trong lĩnh vực xây dựng, bê tông được sản xuất từ hỗn hợp cát, đá, xi măng, nước, phụ gia

Hình I.2.2: Trạm trộn bê tông xi măng thực tế

2 Trạm trộn bê tông xi măng:

2.1 Giới thiệu chung:

Trạm trộn bê tông xi măng là một tổng thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm thiết bị này phải phối hợp nhịp nhàng với nhau để hoà trộn các thành phần: cát,

đá, nước, phụ gia và xi măng tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng Một trạm trộn bê tông có các yêu cầu chung sau đây:

- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ nhất

- Cho phép sản xuất được sản xuất được hai loại hỗn hợp bê tông khô hoặc ướt

- Hỗn hợp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyển

- Trạm làm việc êm không ồn, không gây ô nhiểm môi trường

- Lắp dựng sửa chữa đơn giản

- Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay

2.2 Phân loại:

Có hai loại trạm trộn bê tông xi măng chính như sau:

 Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng băng tải

 Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu

2.3 Cấu tạo chung trạm trộn bê tông xi măng:

Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng tuy nhiên nhìn chung đều bao gồm các cụm và thiết bị sau:

 Cấp cát đá lên thùng trộn bê tông

Việc cấp cát, đá cho trạm trộn có nhiều phương án khác nhau tuy nhiên tham khảo thực tế ta có hai phương án sau:

a Cấp liệu kiểu gầu

 Nguyên lý:

- Vật liệu đá, cát được tập kết ngoài bãi chứa liệu ở các ngăn riêng biệt, sau đóđược gầu cào đổ vào thiết bị định lượng , sau khi được định lượng vật liệu được xả vào skíp, từ skíp vật liệu đổ vào thùng trộn

 Ưu điểm:

- Cấp liệu trực tiếp từ bãi chứa mà không qua thiết bị vận chuyển trunggian

- Diện tích mặt bằng cho toàn trạm không cần lớn lắm

 Nhược điểm:

- Vật liệu ở bãi chứa phải được vun cao cho đủ lượng dự trữ

- Việc cấp liệu cho máy trộn không liên tục

- Bãi chứa phải có vách ngăn phân chia vật liệu

- Với phương án này chỉ áp dụng cho trạm trộn có năng suất thấp

b Cấp liệu kiểu băng tải:

 Nguyên lý:

- Vật liệu (cát, đá) đựoc tập kết ngoài bãi sau đó được máy xúc gầu lật đổ vào bunke, thiết bị định lượng Sau khi được định lượng đúng yêu cầu thì băng tải vận chuyển đổ vào thùng trộn

 Ưu điểm:

- Cấp liệu cho máy trộn được liên tục

- Vật liệu ở bãi chứa không cần phải vun cao và không cần phải có tấm phân cách vật liệu

 Nhược điểm:

- Việc cấp liệu cho băng tải phải có thiết bị chuyên dùng

- Khoảng cách giữa băng tải và thùng trộn tương đối lớn dẫn đến khả năng tiếp xúc của vật liệu với môi trường nhiều, sẽ gậy ô nhiễm môi trường nếu không được che chắn kỹ

- Phương án này áp dụng cho các trạm trộn có năng suất lớn

 Ưu điểm:

- Có thể cấp xi măng cho trạm với khối lượng nhỏ

- Kết cấu đơn giản , giá thành hạ

 Nhược điểm:

- Do cấp xi măng từ bao bì nên gây ô nhiểm

- Năng suất vận chuyển thấp không thích hợp với trạm trộn có năng suấtcao

- Không gây ô nhiểm môi trường

- Tiết kiệm được chi phí vận chuyển do nạp xi măng với khối lượng lớn

2.3.5 Thiết bị trộn, máy trộn:

Dùng để trộn hỗn hợp các nguyên liệu và xả ra xe bồn Thường sử dụng động

cơ để quay trục quay trộn bê tông

2.3.6 Hệ thống điều khiển

a Hệ thống điều khiển bằng điện

- Cấp nguồn cho trạm trộn

- Điều khiển các động cơ cấp liệu, động cơ trộn

- Cảnh báo sự cố, báo lỗi

- Dừng khi có lỗi…

b Hệ thống điều khiển khí nén, thủy lực

- Điều khiển các van khí và xy lanh để đóng mở cửa cấp liệu, cửa xả

2.3.7 Kết cấu thép

Dùng để làm giá đỡ giữ cho các cụm ở trên được chắc chắn, đảm bảo an toàn khi vận hành và sản xuất

2.4 Nguyên lý hoạt động chung của trạm trộn bê tông xi măng

Trạm trộn bê tông xi măng nhìn chung hoạt động theo nguyên lý sau:

Hình I.2.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông xi măng

đã bổ sung thêm các thiết bị mở rộng khác như: các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ vào

1.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC

1.2.1 Cấu trúc:

 Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần ( xem hình II.1.2 )

 Khối xử lý trung tâm ( CPU:CentralProcessingUnit )

lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua các Module xuất ra các thiết bị được điều khiển

PLC biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình PLC thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối cùng trong một vòng Một vòng như vậy được gọi là vòng quét ( scan ) Xem hình II.1.3

Hình II.1.3: Thực hiện chương trình theo vòng quét trong PLC

Thường việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong một khoảng thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới 100ms Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi Để khắc phục việc thời gian quét dài thì các nhà sản xuất đã chế tạo ra các hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường áp dụng cho những nơi có số lượng I/O nhiều và cần

xử lý lượng thông tin lớn

1.2.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích thước của PLC ngày nay được thu nhỏ lại để số lượng I/O và bộ nhớ càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được

nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống

Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (với một sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở các ngõ vào/ra …), mà không phải thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển ( đối với hệ thống điều khiển relay …) khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền

dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn

Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không gian nhỏ nhưng khả năng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống điều khiển khác Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn với các hệ thống điều khiển lớn,

phức tạp và quá trình lắp hệ thống ít tốn thời gian hơn các hệ thốn khác

Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc (trouble shoding ) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều

này làm cho việc sửa chữa thuận lợi hơn

1.2.4 Một vài lĩnh vực ứng dụng PLC

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng ON/OFF thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất Một số lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC như sau:

 Hóa học và dầu khí: định áp suất, bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn…

 Chế tạo máy và sản xuất: tự động hóa trong chế tạo máy, điều khiển nhiệt

độ lò nhiệt luyện kim…

 Công nghiệp giấy, xi măng: Tự động hóa trong qua trình sản xuất nghiền bột giấy, bột đá, trộn hỗn hợp…

 Thực phẩm, sản xuất bia, rượu, thuốc lá: đóng gói sản phẩm, phân loại…

 Kim loại: Điều khiển qua trình luyện, cán thép…

 Năng lượng, giao thông…

1.3 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200 của Siemens

1.3.1 Cấu hình phần cứng:

PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens ( Cộng hòa liên bang Đức ), có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này được sử dụng cho những lập trình ứng dụng khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lí CPU Hiện nay PLCS7-200 có nhiều loại PLC như CPU 212, CPU 214, CPU 224, CPU 224XP…Về hình thức bên ngoài các CPU này chỉ khác nhau số lượng ngõ vào/ngõ ra

 CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có thể mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng

 CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng

 CPU 224XP có 14 cổng vào và 10 cổng ra có khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng

Trong đề tài này nhóm chỉ đề cập đến PLC S7- 200, CPU 224XP ( xem mục 3.2 ), các CPU khác tương tự

1.3.2 CPU 224XP:

Hình II.1.4: Hình ảnh thực tế PLC S7-200, CPU 224XP

– CPU 224XP có hai loại chủ yếu: nguồn cấp 24VDC hoặc 220VAC

– 512 từ đơn ( word ), tức là 1K byte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM.( Vùng nhớ có giao diện với EEPROM )

– 14 cổng vào logic và 10 cổng ra logic

– 2 ngõ vào analog và một ngõ ra analog

– 6 bộ đếm tốc độ cao: 2x200kHz và 4x400kHz

– 2 ngõ ra xung tần số cao: tối đa 100kHz

– Có thể ghép nối thêm 7 modul để mở rộng số cổng vào và ra, bao gồm cả modul tương tự ( analog )

– Tổng số cổng logic vào/ra cực đại là 256: 128 cổng vào và 128 cổng ra

– Có 256 bộ tạo thời gian trễ ( Timer ), trong đó 4 Timer có độ phân giải 1ms,

16 Timer có độ phân giải 10ms và 236Timer có độ phân giả 100ms

– Có 256 bộ đếm ( Counter ), chia làm hai loại: một loại chỉ đếm lên và một loại vừa đếm lên vừa đếm xuống

– 688 bit nhớ đặc biệt, sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc

– Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt xung cạnh lên hoặc xung cạnh xuống, ngắt theo thời gain và ngắt báo hiệu bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung

– Có 2 cổng truyền thông port0/port1: qua RS485

– Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 100 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi

Hình II.1.5: Sơ đồ đấu dây CPU224XP DC

Hình II.1.6: Sơ đồ đấu dây CPU 224XP AC

1.3.3 Cổng truyền thông:

S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 300 đến 38.400

Hình II.1.7: Sơ đồ chân của cổng truyền thông

Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI

Hình II.1.8: Ghép nối qua cổng MPI

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS-232/RS-485

Hình II.1.9: Ghép nối PC/PPI

- Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC S7-200:

Côngtắcchọnchếđộlàmviệcnắmphíatrên,bêncạnhcáccổngracủaS7-

200cóbavịtríchophépchọncácchếđộlàmviệckhácnhauchoPLC

 RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLCS7-200 sẽ

rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP ,thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế

độ RUN.Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo

 STOP cưỡng bức PLC dừng thực hiện chương trình đang chạy và

chuyển sang chế độ STOP Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới

 TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm

việc cho PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP

Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sự dụng trong chương trình Núm chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra.Thiết bị chỉnh định có thể quay 270 độ

 Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:

+ Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc + Đèn xanh RUN: đèn sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc

+ Đèn vàng STOP: đèn sáng báo PLC đang ở trạng thái dừng

+ Đèn xanh Ix.x: đèn sáng báo tín hiệu ở cổng vào đang ở mức logic 1 và ngược lại ở mức logic 0

+ Đèn xanh Qx.x: đèn sáng báo tín hiệu ở đầu ra đang ở mức logic 1 và ngược lại ở mức logic 0

1.3.4 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ:

Nguồn nuôi dùng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ Nguồn Pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng

tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi

1.4 Cấu trúc chương trình của S7-200:

Có thể lập trình cho S7–200 bằng cách sử dụng phần mềm STEP 7 MicroWIN:

Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên máy lập trình họ PG7xx

và các máy tính cá nhân (PC)

Các chương trình cho S7–200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (mainprogram) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình

xử lý ngắt được chỉ ra trong hình II.1.10

Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).Chương trình con là một bộ phận của chương trình.Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính,đó là lệnh MEND

Mạch nạp PLC

Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình.Nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND

Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính Sau đó đến chương trình xử lý ngắt.Bằng cách viết như vậy,cấu trúc chương trình rõ rang và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này Có thể tự do trộn lẫn chương trình con và chương trình xử lý ngắt sau chương trình chính

Hình II.1.10: Cấu trúc chương trình S7-200

1.5 Các lệnh sử dụng trong chương trình:

a) Lệnh xử lý bit ( công tắc )

Công tắc thường mở (Nomally Open, viết tắt là NO) và công tắc thường đóng (Nomally Closed, viết tắt là NC) Đối với PLC, mỗi công tắc đại diện cho trang thái 1 bit trong bộ nhớ dữ liệu hay vùng ảnh của các đầu vào, ra Công tắc thường mở sẽ đóng (ON nghĩa là cho dòng điện đi qua) khi bit bằng 1, còng công tắc thường đóng sẽ đóng (ON) khi bit bằng 0

Trong LAD, các lệnh này được biểu diễn bằng chính các công tắc thường đóng và thường mở Trong FBD, các công tắc thường mở được biểu diễn như các đầu vào hoặc ra của các khối chức năng AND hoặc OR Công tắc thường đóng được thêm dấu đảo (vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tương ứng

Hình II.1.11: Ký hiệu công tắc trong LAD và FBD

b) Bộ định thời:

Có 3 loại bộ định thời :

 Bộ đóng trễ (On – Delay Timer) TON

 Bộ đóng trễ có nhớ (Retentive On – Delay Timer) TONR

 Bộ ngắt trễ (Off – Delay Timer) TOF

Hình II.1.12: Ký hiệu bộ định thời

Các bộ đóng trễ và đóng trễ có nhớ bắt đầu đếm thời gian khi có đầu vào EN (enable) ở mức 1 (ON) Lúc giá trị đếm được lớn hơn hay bằng giá trị đặt trước tại đầu vào PT (Preset Time) thì bit trạng thái sẽ được đặt bằng 1 (ON) Điều khác nhau giữa 2 loại bộ đóng trễ này là bộ đóng trễ bình thường sẽ bị Reset (cả giá trị đan đếm lẫn bit trang thai đều được đưa về 0) khi đầu vào EN = 0; trong khi bộ định thời có nhớ lưu lại giá trị của nó khi đầu vào EN bằng 0 và tiếp tục đếm khi đầu vào EN bằng 1

Như vậy ta có thể dùng loại có nhớ để cộng thời gian những lúc đầu vào EN bằng 1 Loại bộ định thời này có thể reset (xóa giá trị đang đếm về 0) bằng lệnh R (Reset) Cả hai loại bộ đóng trễ vẫn tiếp tục đếm thời gian ngay cả sau khi đạt đến giá trị đặt trước PT và chỉ dừng đếm khi đạt giá trị tối đa 32767 (16#7FFF)

Bộ ngắt trễ để đưa giá trị đầu ra (bit trạng thái) về 0 (OFF) trễ 1 khoảng thời gian sau khi đầu vào (EN) đổi về 0 Khi đầu vào EN được đặt bằng 1 (ON) thì bit trạng thái của bộ ngắt trễ cũng bằng 1 ngay lúc đó đồng thời giá trị đếm của nó bị xóa về 0 Khi đầu vào EN về 0, thì bộ định thời bắt đầu đếm cho đến khi đạt được giá trị đặt trước PT Lúc đó bit trạng thái của bộ ngắt trễ sẽ về 0 đồng thời nó cũng ngừng đếm Nếu đầu vào EN chỉ bằng không trong khoảng thời gian ngắn hơn thời gian được đặt rồi quay lại bằng 1 thì bit trạng thái của bộ định thời vẫn giữ nguyên bằng 1 Bộ ngắt trễ chỉ bắt đầu đếm khi có sườn thay đổi từ 1 về 0 ở đầu vào EN

Hình II.1.13: Địa chỉ và thời gian trễ của bộ định thời

Bộ đếm xuống đếm từ giá trị đặt trước (PV) mỗi khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống (CD) Khi giá trị đếm (Cxxx) bằng 0, bit trang thái (Cxxx) bằng 1 đồng thời bộ đếm ngừng đếm Mức cao ở đầu vào LD xóa bit trạng thái về 0 và tải giá trị đặt trước PV vào giá trị đếm

Bộ đếm vừa đếm lên vừa đếm xuống đếm lên khi có sườn lên ở đầu vào đếm lên (CU) và đếm xuống khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống (CD) Khi giá trị đếm (Cxxx) lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước (PV) thì bit trạng thái (Cxxx) sẽ có giá trị 1 (ON) Bộ đếm có thể bị xóa (reset) bởi mức 1 ở đầu vào reset (R), lúc đó

cả giá trị đếm và bit trạng thái sẽ bị xóa về 0

Số hiệu các bộ đếm : C0 đến C255 Trong CPU 221 , 222 và 224 mỗi bộ đếm được xác định loại tùy theo lệnh khai báo nhưng không thể khai báo các bộ đếm loại khác nhau với cùng một địa chỉ (trong vùng C)

Hình II.1.14: Ký hiệu bộ đếm trong LAD và FBD d) Lệnh scale:

Hình II.1.15: Ký hiệu lệnh đọc giá trị analog từ loadcell trong LAD

Trong đó: Ov = ((OSH – OSL) * (Iv-ISL)/(ISH-ISL)) + OSL

Với: Ov = output value ( Real )

Iv = input value ( INT ) OSH = high limit of the scale output value ( Real ) OSL = low limit of the scale output value ( Real ) ISH = high limit of the scale input value ( INT) ISL = low limit of the scale input value ( INT)

CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN

2.1 Module analog của Siemems

2.1.1 Giới thiệu chung về Module analog:

Hình II.2.1: Nguyên lý hoạt động của module analog

2.2 Module analog EM 235:

Hình II.2.2: Module analog EM235

 Module analog EM235 là Module analog sử dụng cho PLC S7-200

 Gồm có 4 đầu vào Analog hay 4 kênh ADC 12bit

 Gồm có 1 đầu ra Analog hay 1 kênh ADC 12bit

A+, A-, RA Các đầu nối của đầu vào A

B+, B-, RB Các đầu nối của đầu vào B

C+, C-, RC Các đầu nối của đầu vào C

D+, D-, RD Các đầu nối của đầu vào D

1 đầu ra tương tự ( MO, VO, IO ) Các đầu nối của đầu ra

Gain Chỉnh hệ số khuếch đại Offset Chỉnh trôi điểm không Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân giải

Bảng II.2.1: Thành phần của module analog EM235

Hình II.2.3: Thành phần của module EM235

a) Nguyên tắc đầu vào module analog EM235

Hình II.2.4: Nguyên tắc đầu vào module analog EM235

b) Nguyên tắc đầu ra module analog EM235:

Hình II.2.5: Nguyên tắc đầu ra module analog EM235

c) Định dạng dữ liệu đầu vào EM235:

 Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng ( ví dụ 0-10V,0-20mA ):

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào ( p, dòng )

thành giá trị số từ 0- 32000

 Đối vớ dải tín hiệu đo đốixứng ( Ví dụ +,-10V, +,-10mA,):

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào ( p, dòng )

thành giá trị số từ -32000 đến 32000