Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm TIA portal và bộ điều khiển PLC s7 1200

Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ tự động hóa cao thường được sử dụng phục vụ cho các công trình vừa và lớn hay cho một khu vực có nhiều công trình đang xây dựng.. Trạ

Bộ Công Thương

Trường ĐH Công ngiệp Hà Nội Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bài tập lớn môn học : HỆ THỐNG SCADA, DCS VÀ MẠNG

TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

H và tên HS-SV : ọ Nhóm 3

1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

L p : ĐH TĐHớ

Khoá:8……… Khoa: Đi n………….………ệ

Giáo viên h ng d n : Hoàng Qu c Xuyênướ ẫ ố

NỘI DUNG

Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200

(Sử dụng khối hàm FC)

PHẦN THUYẾT MINH

Chương 1- Tổng quan về công nghệ hệ thống trạm trộn bê tông

Chương 2- Giới thiệu tổng quan về phần mềm TIA-Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200

Chương 3- Lập trình cho bộ điều khiển và thiết kế giao diện giám sát cho hệ thống

Chương 4- Kết quả mô phỏng

Ngày giao đề : 13/9/2016 Ngày hoàn thành : 13/11/2016

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hoàng Quốc Xuyên

MÉu: MC - 11)

Kỹ thuật điều khiển khả trình đã phát triển mạnh và chiếm một vị trí rất quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân Kỹ thuật điều khiển logic khả trình phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính và từng bước phát triển tiếp cận theo nhu cầu phát triển của công nghiệp Ngày nay PLC có 1 vị trí rất quan trọng trong nền công nghiệp và nó

được coi là trung tâm là bộ não của các hệ thống điều khiển

Là một sinh viên ngành tự động hóa , em cảm thấy rất tự hào khi được học tập

và nghiên cứu các bộ môn trong ngành tự động hóa trong đó điển hình là môn “Hệ thống SCADA, DCS và mạng truyền thông công nghiệp” với những ứng dụng rất quantrọng và rộng lớn trong các ngành công nghiệp cũng như đời sống

Và đặc biệt là trong kỳ làm bài tập lớn này chúng em đã có cơ hội kiểm nghiệmtính đúng đắn và ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã được học về PLC

Nội dung bài tập lớn của chúng em là :” Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều

khiển PLC S7-1200” với 4 nội dung chính :

- Chương 1- Tổng quan về công nghệ hệ thống trạm trộn bê tông

- Chương 2- Giới thiệu tổng quan về phần mềm TIA-Portal và bộ điều khiển PLCS7-1200

- Chương 3- Lập trình cho bộ điều khiển và thiết kế giao diện giám sát cho hệ thống

- Chương 4- Kết quả mô phỏng

Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo Hoàng Quốc Xuyên đã quan tâm

và hướng dẫn , chúng em tận tụy, nhiệt tình

Chúng em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày 1 tháng 11 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Nhóm 3

Ch ng 1: T ng quan v ươ ổ ề công ngh GVHD: Hoàng Qu c Xuyên ệ ố

h th ng tr m tr n bê tông ệ ố ạ ộ

TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông

Hình 1.1: Trạm trộn bê tôngTrạm trộn bê tông được chế tạo nhằm sản xuất ra bê tông với chất lượng tốt

và đáp ứng nhanh nhu cầu về bê tông trong xây dựng Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ tự động hóa cao thường được sử dụng phục vụ cho các công trình vừa và lớn hay cho một khu vực có nhiều công trình đang xây dựng

Trước đây khi khoa học kĩ thuật chưa phát triển, máy móc còn nhiều lạc hậu thì việc có được một khối lượng bê tông lớn chất lượng tốt là điều rất khó khăn

Chính vì vậy để thiết kế những dây chuyền bê tông tự động là điều cần thiếtcho mỗi công trường cũng như ngành xây dựng trong nước Một trạm trộn gồm có

3 bộ phận chính: Bộ phận chứa vật liệu và nước, bộ phận định lượng và máy trộn Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và các phễu chứa trung gian

Công nghệ sản xuất bê tông nói chung tương tự nhau: Vật liệu sau khi định lượng được đưa vào trộn đều Trong trường hợp kết hợp sản xuất bê tông và vữa xây dựng trong một dây chuyền thì có thể giảm được 32% diện tích mặt bằng, từ 30%÷50% công nhân, từ 8%÷19% vốn đầu tư thiết bị Một nhà máy bê tông và

vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông và vữa cung cấp không quá

300.000 m3 / năm

1.2 Cấu tạo chung của trạm trộn

Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính: Bãi chứa cốt liệu, hệ thống máy trộn bê tông và hệ thống cung cấp điện

1.2.1 Bãi chứa cốt liệu.

Bãi chứa cốt liệu là một khoảng đất trống dùng để chứa cốt liệu (cát, đá to

đá nhỏ) ở đây cát, đá to, đá nhỏ được chất thành các đống riêng biệt

Yêu cầu đối với bãi chứa cốt liệu phải rộng và thuận tiện cho việc chuyên chở cũng như lấy cốt liệu đưa lên máy trộn

1.2.2 Hệ thống máy trộn bê tông.

Hệ thống máy trộn bê tông bao gồm hệ thống thùng chứa liên kết với hệ thống định lượng dùng để xác định chính xác tỉ lệ các loại nguyên vật liệu cấu tạo nên bê tông Băng tải dùng để đưa cốt liệu vào thùng trộn và gồm máy bơm nước, máy bơm phụ gia, xi lô chứa xi măng, vít tải xi măng, thùng trộn bê tông, hệ thốngkhí nén

Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và phễu chứa trung gian

1.2.3 Hệ thống cung cấp điện.

Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có công suất lớn vì vậy trạm trộn

bê tông cần có một hệ thống cung cấp điện phù hợp để cung cấp cho các động cơ

và nhiều thiết bị khác

Dựa theo năng suất, người ta chia các nơi sản xuất bê tông thành 3 loại nhưsau:

 Trạm bê tông năng suất nhỏ (10÷30 m3 / h)

 Trạm trộn bê tông năng suất trung bình (30÷60 m3 / h)

 Nhà máy sản xuất bê tông năng suất lớn (60÷120 m3 / h)

1.3.1 Trạm cố định

Trạm phục vụ cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ đồng thời cung cấp

bê tông phục vụ trong phạm vi bán kính làm việc hiệu quả Thiết bị của trạm được

Ch ng 1: T ng quan v ươ ổ ề công ngh GVHD: Hoàng Qu c Xuyên ệ ố

xá vận chuyển thuận lợi, cự ly vận chuyển dưới 30 km thì sử dụng trạm này là kinh tế nhất

Trong trường hợp vừa có các công trình tập trung yêu cầu khối lượng lớn, vừa có các điểm xây dựng phân tán đặc trưng cho các đô thị Việt Nam cần sử dụng sơ đồ hỗn hợp, vừa cấp hỗn hợp khô cho các công trình nhỏ, phân tán đường

xá lưu thông kém Nếu cung cấp bê tông thì phải dùng ôtô trộn còn cung cấp hỗn hợp khô thì việc trộn sẽ được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông

1.3.2 Trạm tháo lắp di chuyển được

Dạng này có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng, di động phục vụ một số vùng hay công trình lớn trong một thời gian nhất định Thiết bị công nghệ của trạm thường được bố trí dạng 2 hay nhiều công đoạn, nghĩa là vật liệu được đưa lên caonhờ các thiết bị ít nhất là 2 lần Thường trong giai đoạn này phần định lượng riêng

và phần trộn riêng, giữa hai phần được nối với nhau bằng thiết bị vận chuyển (gầu vận chuyển, băng tải xe, xe vận chuyển)

Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băng chuyền vàocác phễu riêng biệt sau đó là quá trình định lượng Tiếp theo vật liệu được đưa lên cao lần nữa để cho vào máy trộn

Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn nào miễn là đảm bảo mối tương quan về năng suất và chế độ làm việc của các thiết bị khác Cửa xả phải cao hơn cửa nhận bê tông của thiết bị vận chuyển (nếu tháp cao hơn phải đưa lên cao một lần nữa) So với dạng cố định loại trạm này có độ cao nhỏ hơn nhiều (từ 7m÷10m) nhưng lại chiếm mặt bằng khá lớn Phần diện tích dành cho khu vực định lượng, phần diện tích dành cho trộn bê tông và phần nối

giữa hai khu vực dành cho vận chuyển Trên thực tế, tổng mặt bằng cho loại trạm này nhỏ hơn vì chúng có sản lượng nhỏ hơn nên bãi chứa cũng nhỏ hơn.

Khi xây dựng các công trình phân tán, đường xấu, lưu thông xe không tốt thường sử dụng các trạm trộn di động hoặc cung cấp bê tông khô trên các ô tô trộn Việc trộn được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông

- Chuyển xi măng lên xi lô:

Xi măng được đưa lên xi lô chứa bằng cách bơm xi măng từ xe chở xi măng chuyên dụng lên xi lô

Xi măng được đưa lên miệng xi lô nhờ trục vít xoắn hướng trục với xi lô chứa Từ miệng xi lô chứa xi măng được vận chuyển tới cân định lượng rồi xả vàothùng trộn

- Xe kíp, dùng để vận chuyển cốt liệu từ 3 phễu riêng biệt lên các thùng cân

1.4.2.1 Kiểm tra các điều kiện làm việc

Ch ng 1: T ng quan v ươ ổ ề công ngh GVHD: Hoàng Qu c Xuyên ệ ố

 Mở cửa xả thùng cân xi măng

 Mở cửa xả thùng cân nước, phụ gia

Lúc này mới cho phép hệ thống làm việc

Sau khi quá trình chuẩn bị xong Từ máy tính người vận hành nhập các thông số của mác bê tông như: khối lượng cát, đá1, đá2, xi măng, nước, phụ gia,

số mẻ và các dữ liệu quản lý hành chính như tên lái xe, biển số xe, ngày, giờ xuất hành

Sau đó tới tủ điều khiển người vận hành chọn chế độ hoạt động cho máy là

đo các khối lượng nguyên vật liệu, ở đây thực hiện phương pháp cân riêng lẻ

Mở van xả cát, cát được xả xuống băng tải để đưa lên thùng cân Đồng thời

đá cũng xả để đưa lên thùng cân

Trong quá trình cân cốt liệu đồng thời cân luôn xi măng ,nước và phụ gia Xi măng từ xi lô chứa đưa vào thùng cân nhờ vít tải, khi khối lượng xi măng bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ vít tải Nước, phụ gia được bơm lên đưa vào thùng cân cho đến khi bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ bơm nước và phụ gia

Khi điều kiện thùng trộn “rỗng’, cửa xả thùng trộn “đóng”, thì cốt liệu và ximăng được đưa đổ vào thùng trộn bê tông bắt đầu quá trình trộn khô Sau thời giantrộn khô là 30s thì xả nước và phụ gia vào trộn, bắt đầu thời gian trộn ướt là 30s (Thời gian trộn một mẻ khoảng 60s) thì cửa xả thùng trộn mở ra, bê tông được xả vào xe chuyên dụng Sau thời gian xả khoảng 10s, đóng cửa xả bê tông lại Kết thúc một mẻ trộn

Để chuẩn bị cho một mẻ trộn mới thì trong quá trình trộn bê tông và sau khi

xả nguyên liệu: cát, đá, nước, xi măng và phụ gia tiếp tục được vận chuyển lên thùng cân nghĩa là:

Khi số mẻ trộn chưa bằng số mẻ đặt thì sau khi xả cốt liệu và xi măng xong sẽ tiếp tục quay lại thực hiện cân cốt liệu và xi măng Khi xả nước và phụ gia xong cũng

tự động quay lại cân nước, phụ gia Khi cân đủ thì dừng lại chờ mẻ tiếp theo

Khi số mẻ bằng số mẻ đặt thì dừng hết quá trình cân lại

1.4.2.3 Chế độ điều khiển bằng tay

Ở chế độ điều khiển bằng tay,người vận hành gạt công tắc cân vật liệu xuống OFF, quan sát số liệu cân bằng thiết bị hiển thị trên bàn điều khiển hoặc quan sát trên màn hình phần mềm

Nhấn nút chạy động cơ trộn

Đưa tay gạt sang chế độ hoạt động bằng tay, gạt chuyển mạch đóng mở cửa

xả sang vị trí “Stop”, khi cần điểu khiển, gạt chuyển mạch sang vị trí đóng hoặc

mở cửa xả để đóng, mở cửa xả

Nhấn nút cấp cát,đá, đồng thời cấp luôn xi măng, nước, phụ gia Người vận hành theo dõi số cân hiển thị trên máy tính, khi đủ nhấn vào một lần nữa các nút

để dừng quá trình cấp Khi cốt liệu đã được cấp đủ đưa chúng vào thùng trộn Lúcnày nhấn nút xả cốt liệu đồng thời nhấn nút xả xi măng Do động cơ trộn luôn chạy trong quá trình hoạt động nên sau khi xả xong cốt liệu, xi măng coi như máy đang trôn bê tông khô, thời gian trộn ướt được bắt đầu tính khi xả nước và phụ gia Sau khi trộn ướt mẻ bê tông đã được hoàn thành, người vận hành chỉ việc nhấn nút xả bê tông

Không để chuyển mạch đóng mở cửa xả ở vị trí “tự động” vì khi đó có thể

bê tông sẽ bị xả theo chế độ tự động trong khi chưa cân đủ nước hoặc đủ xi măng

1.5 Thành phần vật liệu trộn bê tông

Để kết cấu được bê tông nhất thiết cần có các nguyên liệu sau:

1.5.1 Xi măng

Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng xen giữa các hạt cốt liệu, đồng thời tạo ra tính linh động của bê tông (được đo bằng độ sụt nón) Mác của xi

Ch ng 1: T ng quan v ươ ổ ề công ngh GVHD: Hoàng Qu c Xuyên ệ ố

h th ng tr m tr n bê tông ệ ố ạ ộ

thường hồ xi măng lấp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau một chút (với cự li bằng 243 lần đường kính hạt xi măng)

Trong trường hợp này phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của

bê tông khá cao và yêu cầu cốt liệu cao hơn cường độ bê tông khoảng 1,5 lần Khi

bê tông chưá lượng hồ xi măng lớn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mứcchúng hầu như không có tác dụng tương hỗ nhau Khi đó cường độ của đá, xi măng và cường độ của vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ bê tông nên yêu cầu cốt liệu thấp hơn

Tuỳ yêu cầu của loại bê tông có thể dùng các loại xi măng khác nhau, có thể dùng xi măng pô lăng, xi măng pô lăng bền sunfat, xi măng pôlăng xủ, xi măng puzolan và các chất kết dính khác để thoả mãn yêu cầu của chương trình

1.5.2 Cát

Cát để làm bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ (0,14÷5) mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), từ (0,15÷4,75) mm theo tiêu chuẩn Mỹ, từ (0,08÷5) mm TCVN Lượng cát khi trộn với xi măng và nước, phụ gia phải được tính toán hợp lý, nếu nhiều cát quá thì tốn xi măng không kinh tế và

ít cát quá thì cường độ bê tông giảm

1.5.3 Đá dăm

Sỏi có mặt tròn, nhẵn, độ rộng và diện tích mặt ngoaì nhỏ nên cần ít nước, tốn

xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường độ

bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm Ngược lại đá dăm được đập vỡ có nhiều góc cạnh, diện tích mặt ngoài lớn và không nhẵn nên lực dính bám với vữa xi măng lớn tạo ra được bê tông có cường độ cao hơn Tuy nhiên mác của xi măng đá dăm phải cao hơn hay bằng mác của bê tông tạo ra hay bê tông cần sản xuất

1.5.4 Nước

Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảo dưỡng bê tông) phải đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và thời gian rắn chắc của xi măng và không ăn mòn thép Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được

Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng và lượng nước do cốt liệu Lượng nước trong bê tông xác định tính chất của

hỗn hợp bê tông Khi lượng nước quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử nước chỉ hấp thụ trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp, lượng nước tăng đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nước trên mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giảm xuống, độ lưu động tăng thêm, lượng nước ứng với lúc bê tông có độ lưu động lớn nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữnước của hỗn hợp.

Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trongnước bẩn nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong một lít nước Tuy nhiên cường độ bê tông sẽ giảm và không được sử dụng trong bê tông cốt thép

1.5.5 Phụ gia

Phụ gia là các chất vô cơ hoặc hoá học khi cho vào bê tông sẽ cải thiện tính chất của hỗn hợp bê tông hoặc bê tông cốt thép Có nhiều loại phụ gia cho bê tông để cải thiện tính dẻo, cường độ, thời gian rắn chắc hoặc tăng độ chống thấm

Thông thường phụ gia sử dụng có hai loại: Loại rắn nhanh và loại hoạtđộng

bề mặt

Phụ gia rắn nhanh thường là loại muối gốc (CaCl2) hay muối Silic Do là chất xúc tác và tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của C3S và C2S mà phụ gia CaCl2 cókhả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên mà không làm giảm cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày

Hiện nay người ta sử dụng loại phụ gia đa chức năng, đó là hỗn hợp của phụ gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt hoặc các phụ gia tăng độ bền nước

Thành phần vật liệu của bê tông đóng vai trò quyết định đến chất lượng hayquyết định đến cường độ chịu lực cũng như mác của bê tông.Từ thực nghiệm người ta đã xác định được mác của bê ông ứng với từng loại vật liệu nhất định với một tỉ lệ xác định, ngược lại từ mác của bê tông người ta dễ dàng tra được tỉ lệ thành phần trong bê tông

1.5.6 Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông

Khái niệm mác bê tông : Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông Theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam (TCVN

Ch ng 1: T ng quan v ươ ổ ề công ngh GVHD: Hoàng Qu c Xuyên ệ ố

h th ng tr m tr n bê tông ệ ố ạ ộ

tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kg/cm²)

Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là mác

bê tông

Mác bê tông được phân loại từ 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 và 600 Khi nói rằng mác bê tông 200 chính là nói tới ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông kích thước tiêu chuẩn, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, được nén ở tuổi 28 ngày, đạt 200 kG/cm² Còn cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ là 90 kG/cm² (được lấy để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất)

Ngày nay người ta có thể chế tạo bê tông có cường độ rất cao lên đến 1000 kg/cm²

Độ sụt bê tông : Độ sụt hay độ lưu động của vữa bê tông, dùng để đánh giá khả năng dể chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động

Thành phần định mức cấp phối vật liệu cho 1 m3 bê tông dùng xi măng Hoàng Thạch PCB.30

Bảng 1.1: Thành phần định mức cấp phối

Từ bảng trhành phần bê tông này , ta có thể tính toán giá trị khối lượng của

đá , cát , xi măng , nước , phụ gia cho từng mẻ Sau đó lấy các giá trị này để lập thành 1 giá trị tương ứng đưa vào đầu cân để lấy tín hiệu điều khiển đưa về PLC

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

TIA-PORTALVÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-1200 2.1 Khái niệm chung

PLC viết tắt của Progammble Logic Control, là thiết bị lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình Nó đươc thiết kế chuyên dụng trong công nghiệp để điều khiển các quá trình

từ đơn giản đến phức tạp và tuỳ thuộc vào người sử dụng mà nó có thể thực hiện hàng loạt các chương trình

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi nó có thể thay thế được cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống như một máy tính nên có thể lập trình được Chương trình của PLC có thể thay đổi rất dễ dàng, các chương trìnhcon cũng có thể sửa đổi nhanh chóng

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng được hầu hết các yêu cầu và như là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp Trước đây thì việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để nâng cao năng suất và chất lượng

2.2 Phần mềm TIA-Portal

Phần mềm TIA-Portal cung cấp một môi trường thân thiện cho người dùng nhằm phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứngdụng, bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong

đề án, như các thiết bị PLC hay HMI TIA-Portal cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD) để thuận tiện và có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án của người dùng

Để giúp người dùng tìm ra thông tin cần thiết, TIA-Portal cung cấp một hệ thống trợ giúp trực tuyến

2.2.1 Các kiểu xem khác nhau giúp công việc dễ dàng hơn.

Nhằm giúp gia tăng hiệu suất công việc, phần Totally Intergrated

Automation Portal cung cấp hai kiểu xem thiết lập công cụ khác nhau: một là thiết lập được định hướng theo công việc, thiết lập này được tổ chức trong chức năng

của các công cụ (kiểu xem Portal), hai là kiểu xem được định hướng theo đề án gồm các phần tử bên trong đề án (kiểu xem Project) Người dùng cần chọn kiểu xem nào giúp làm việc với hiệu quả tốt nhất Với một cú nhấp chuột, người dùng có thể chuyển đổi giữa kiểu xem Portal và kiểu xem Project.

Kiểu xem Portal cung cấp một kiểu xem theo chức năng đối với các nhiệm

vụ và tổ chức chức năng của các công cụ theo nhiệm vụ để được hoàn thành, như

là tạo ra việc cấu hình các thành phần và các mạng phần cứng

Người dùng có thể dễ dàng xác định cách thức để tiến hành và nhiệm vụ để chọn

Kiểu xem Project cung cấp việc truy xuất đến tất cả các thành phần nằm trong một đề án Với tất cả các thành phần này nằm trong một vị trí, người dùng có một truy xuất dễ dàng đến mỗi phương diện của đề án Đề án chứa tất cả các các phần tử đã vừa được tạo ra hay hoàn thành

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

2.2.2 Trợ giúp người dùng khi cần.

2.2.2.1 Nhanh chóng tìm kiếm tìm ra câu trả lời đến người dùng.

Để giúp người dùng giải quyết những phát sinh một cách nhanh chóng và có hiệu quả, TIA-Portal cung cấp phần trợ giúp thông minh đến từng yêu cầu:

- Một trường nhập vào cung cấp trợ giúp kiểu “mở ra” để hỗ trợ người dùng nhậpvào thông tin chính xác (các phạm vi và kiểu dữ liệu) đối với trường đó Ví dụ, nếu người dùng đã nhập một giá trị không hợp lệ, một hộp văn bản thông điệp

sẽ mở ra nhằm cung cấp phạm vị các giá trị hợp lệ

- Một số thủ thuật về công cụ trong giao diện (ví dụ đối với các lệnh) “xếp tầng” nhằm cung cấp thông tin bổ sung Các thủ thuật về công cụ này sẽ liên kết đến các chủ đề xác định trong hệ thống thông tin trực tuyến (trợ giúp trực tuyến).Thêm vào đó TIA-Portal có một hệ thống thông tin toàn diện miêu tả một cách đầy đủ chức năng của các công cụ SIMATIC

2.2.2.2 Trợ giúp kiểu mở ra và các thủ thuật về công cụ xếp tầng.

Các trường nhập vào gồm nhiều hộp thoại khác nhau và các thẻ nhiệm vụ

sẽ cung cấp phản hồi dưới dạng một hộp thông điệp, hộp này mở ra và cho người dùng biết về phạm vi hay các kiểu của dữ liệu được yêu cầu

Các phần tử trong giao diện phần mềm cung cấp các thủ thuật về công cụ

để giải thích chức năng của phần tử đó Một vài phần tử, ví dụ các biểu tượng

“Open” hay “Save”, không yêu cầu các thông tin bổ sung Tuy nhiên, một số phần

tử cung cấp cơ chế để hiển thị phần miêu tả bổ sung về phần tử đó Thông tin bổ sung này “xếp tầng” trong một hộp từ thủ thuật về công cụ (Một mũi tên màu đen

kế bên thủ thuật công cụ cho thấy rằng các thông tin thêm là có sẵn.)

Ở xung quanh một phần tử trong giao diện phần mềm hiển thị thủ thuật công cụ Cách đơn giản để hiển thị thông tin bổ sung là di chuyển con trỏ xung quanh phần thủ thuật công cụ Một số các thủ thuật công cụ còn cung cấp các kiên kết đến những chủ đề có liên quan trong hệ thống thông tin Việc nhấp chuột vào liên kết sẽ hiển thị chủ đề xác định

2.2.2.3 Hệ thống thông tin.

Phần mềm STEP 7 Basic cung cấp các thông tin trực tuyến toàn diện và hệ thống trợ giúp miêu tả tất cả các sản phầm SIMATIC mà người dùng đã cài đặt

Hệ thống thông tin còn bao gồm các thông tin tham khảo và các ví dụ Để hiển thị

hệ thống thông tin, người dùng chọn từ các điểm truy xuất sau:

- Từ kiểu xem Portal, lựa chọn cổng Start và nhấp chuột vào lệnh “Help”

- Từ kiểu xem Project, lựa chọn lệnh “Show help” trong trình đơn “Help”

- Từ một thủ thuật công cụ xếp tầng, nhấp vào liên kết để hiển thị thông tin bổ sung về chủ đề đó

Hệ thống thông tin sẽ mở ra trong một cửa sổ mà không che khuất vùng làmviệc

Nhấp vào nút “Show/hide contents” trên hệ thống thông tin để hiển thị nội dung và tách khỏi cửa sổ trợ giúp Người dùng có thể thay đổi kích thước của cửa

sổ Sử dụng các thẻ “Contents” hay “Index” để tìm kiếm xuyên suốt hệ thống thông tin theo chủ đề hay từ khóa

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

2.2.3 Tạo một dự án

2.2.3.1 Giao diện khởi động của phần mềm

:

Sau khi đã kh i đ ng xong, ta có th m ho c t o d án m i.ở ộ ể ở ặ ạ ự ớ

Đ m m t d án ta ch c n ch n d án đ c hi n th trong danh sách r i nể ở ộ ự ỉ ầ ọ ự ượ ể ị ồ ấOpen ho c có th m tr c ti p t i n i l u d án.ặ ể ở ự ế ạ ơ ư ự

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

1 T o thi t b m iạ ế ị ớ

2 Đ t tên cho thi t b và ch n thi t bặ ế ị ọ ế ị

3 Thông tin thi t bế ị

2.2.3.2 Cấu hình phần cứng và viết chương trình

Giao di n làm vi c c a ph n m m:ệ ệ ủ ầ ề

1 Project tree – cây ch c năngứ

2 Chi ti t các m c trong project treeế ụ

3 C a s l p trìnhử ổ ậ

4 Catalog ph n c ng ho c các l nh l p trìnhầ ứ ặ ệ ậ

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

1 C a s ch n thi t b ử ổ ọ ế ị

2 T ng quan v thi t b ổ ề ế ị

3 Thi t l p / l a ch n ch c năng cho thi t b ế ậ ự ọ ứ ế ị

Đ vi t ch ng trình, ta ch n ph n 2 – Program blockể ế ươ ọ ầ

Đ qu n lí các tag, ta ch n ph n 3 – PLC tags:ể ả ọ ầ

Nạp chương trình và theo dõi

Sau khi vi t ch ng trình xong, ta ti n hành n p ch ng trình vào ế ươ ế ạ ươPLC, có 2 cách đ n p ch ng trình đã vi t xu ng PLC nh hình d i:ể ạ ươ ế ố ư ướ

Ti n hành n p ch ng trình:ế ạ ươ

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

Đ theo dõi ch ng trình đang ch y, ta th c hi n các b c theo th tể ươ ạ ự ệ ướ ứ ự

nh hình d i:ư ướ

2.3 Bộ điều khiển PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã

khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chươngtrình điều khiển:

- Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hìnhviệc truy xuất đến các chức năng của CPU

- Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định

CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng

PROFINET Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485

1: Bộ phận kết nối nguồn2: Các bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)

3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

4: Bộ phận kết nối PROFINET

Hình 2.1 SIMATIC S7-1200 kiểu CPU 1211C DC/DC/RLY

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ và o (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

6

• 3 t i 100 ạ kHz và 3 t i 30 ạ kHz

• Vuông pha • 3 t i 80 ạ

kHz và 1 t i 20 ạ kHz

• 3 t i 80 ạ kHz và 3 t i 20 ạ kHz

Các ngõ xung ra 2

Thẻ nhơ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ đồng hồ thời

gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40oC

PROFINET Một cổng truyền thông Ethernet

Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh

Tốc độ thực thi Boolean 0.1 μs/lệnh

Bảng 2.1 Thông số của các kiểu CPU

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out

8 x Relay Out 8 x DC In / 8 x DC Out8 x DC In / 8 x Reley Out

4 x Analog In16 x DC Out16x Relay Out 16 x DC In / 16 x DC Out16 x DC In / 16 x Reley OutKiểu

tương tự 4 x Analog In8 x Analog In2 x Analog In4 x Analog In 4 x Analog In / 2 x AnalogOut

- SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC

và ngõ ra 2 x DC)

- SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

1: Các LED trạng thái trên SB

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

3: Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra

Hình 2.3 Module tín hiệu

2.3.3 Các module truyền thông.

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

- CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

- Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)

1: Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

2: Bộ phận kết nối truyền thông

Hình 2.4 Module truyền thông

 Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic) Đây là dạng ngôn ngữ

đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic

 Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram) Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số

Ladder Diagram LAD Statement List STL Function Block Diagram

FBD 0

từ chương trình viết theo dạng LAD hoặc FBD sang chương trình dạng STL

Trong bài toán điều khiển trình tự, để thực hiện có hệ thống các công việc điều khiển và tránh tối đa thiếu sót, nhầm lẫn trong quá trình thực hiện, người cán

bộ kỹ thuật cần thực hiện một số bước có tính chất kỹ thuật sau:

2.4.1 Bước 1: Xây dựng sơ đồ phối hợp thao tác công nghệ của hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông

Đây là công việc có yêu cầu tương tự như khi bắt tay vào thiết kế một máy mới.Người thực hiện phải căn cứ vào yêu cầu hoạt động của hệ thống để từ đó hình dung

và phân tích trình tự các bước thao tác thật chi tiết của từng khâu chấp hành hoặc từng

bộ phận chấp hành của hệ thống cũng như sự phối hợp các hoạt động giữa chúng

Quá trình phân tích và phối hợp các thao tác thường được thực hiện dưới dạng một sơ đồ phối hợp Sơ đồ được thực hiện dưới dạng các dải hình chữ nhật kế tiếp nhau Mỗi dải tượng trưng cho diễn biến theo thời gian quá trình hoạt động cảu một khâu chấp hành hoặc một bộ phận chấp hành nhằm thực hiện một thao tác công nghệ điều khiển tự động quá trình trộn bê tông

Tên gọi thao tác

/ Thiết bị Thời gian thực hiện các thao tác tính bằng giây 5 15 25 35 45 55 65 75 85 90 100 110 120Định lượng đá/

cửa cấp liệu 1 

Ch ng ươ 2: T ng quan v ổ ề ph n m m GVHD: Hoàng Qu c Xuyênầ ề ốTIA Portal và b đi u khi n PLC s7-1200ộ ề ể

Bảng 2.3 Diễn biến quá trình hoạt động trình tự của trạm trộn bê tông tự động

Sơ đồ phối hợp các thao tác công nghệ cho phép người thiết kế hình dung toàn

bộ quá trình hoạt động của hệ thống thiết bị bao gồm trình tự các thao tác và thời điểm bắt đầu cũng như kết thúc thực hiện của từng thao tác

2.4.2 Bước 2: Lập sơ đồ khối điều khiển trình tự

Căn cứ vào sự phối hợp các hoạt động hoặc các thao tác của các bộ phận chấp hành, người cán bộ kỹ thuật sẽ lập sơ đồ khối điều khiển trình tự dạng sơ đồ chức năng(function-chart) Công việc này là một bước tiếp cận hơn nữa của quá trình điều khiển

hệ thống

2.4.3 Bước 3: Chuẩn bị phần cứng và đặc tả tham số vào/ra

Công việc lựa chọn các cơ cấu tác động chấp hành như lựa chọn động cơ, van điều khiển, xilanh khí nén,…có liên quan mật thiết đến quá trình điều khiển đã tổng hợp Người thiết kế phải lựa chọn kỹ để tìm kiếm các cơ cấu tác động phù hợp nhất và

mô tả đầy đủ các thông số kỹ thuật cảu cơ cấu tác động Các tín hiệu có liên quan mật

thiết với các tiếp điểm ngõ ra của PLC Tương tự, các tín hiệu từ các cảm biến phản ánh trạng thái cơ cấu tác động, được đưa đến các ngõ vào PLC.

Thông qua việc lựa chọn và đặc tả các tham số vào/ra này, người thiết kế sẽcung cấp các số liệu cần thiết cho việc thiết kế mạch giao tiếp giữa PLC với mạch công suất của cơ cấu lao động, xác định ngõ vào/ra để lựa chọn PLC thích hợp

2.4.4 Bước 4: Lập trình

Với đầy đủ dữ liệu được cung cấp từ các bước thực hiện trên, công việc tiếp theo của người lập trình là soạn thảo chương trình điều khiển cho PLC để thực hiện việc điều khiển hệ thống trạm trộn bê tông đúng như đã thiết kế Tùy theo khả năng quen sử dụng loại ngôn ngữ lập trình trên PLC nào mà người lập trình sẽ chọn lựa ngôn ngữ đó để soạn thảo chương trình Trong khuôn khổ bài tập lớn này, em xin đượcdùng ngôn ngữ LADDER làm ngôn ngữ lập trình chính cho PLC

2.4.5 Bước 5: Chạy thử và hoàn chỉnh chương trình

Đây là công việc hết sức tự nhiên phải thực hiện sau khi lập trình Việc chạy thử chương trình được thực hiện trong hai chế độ:

Chế độ giả lập (chế độ offline): cho chạy chương trình và theo dõi đáp ứng của các ngõ ra thông số thông qua đèn Led Đèn Led ở ngõ ra cụ thể sẽ hiển thị cho tín hiệu xuất ở ngõ ra cho cơ cấu tác động và đáp ứng chúng

Chế độ thực (chế độ online): sau khi chạy thử và điều chỉnh chương trình trong giả lập hoàn hảo ta tiến hành chuyển chế độ hoạt động trên PLC và nối mạch giao tiếp với mạch công suất để điều khiển hệ thống trong chế độ thực Trong chế độ này với các đáp ứng thực của các cơ cấu tác động khi không tải và khi có tải sẽ giúp cho người lập trình hiệu chỉnh chương trình lần cuối trước khi đưa vào vận hành thực sự trong sản xuất

Thùng cân đá

MÁY TRỘN

Thùng cân nước

Xi lô

xi măng

Thùng cân

xi măng

Bể chứa phụ gia

Thùng cân phụ gia

XE CHUYÊN CHỞ

van

Bể chứa nước

Ch ng ươ 3: L p trình cho b đi u khi n GVHD: Hoàng Qu c Xuyênậ ộ ề ể ố

và thi t k giao di n giám sát cho h th ngế ế ệ ệ ố

KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ công nghệ

Hình 3.1 Mô hình công nghệ trộn bê tông

3.2 Thiết kế điều khiển dùng phương pháp Grapcet

Hình 3.2 lưu đồ Grapcet

Ch ng ươ 3: L p trình cho b đi u khi n GVHD: Hoàng Qu c Xuyênậ ộ ề ể ố

và thi t k giao di n giám sát cho h th ngế ế ệ ệ ố

3.3 Lập trình cho bộ điều khiển

3.3.1 Phân cổng vào ra

3.3.2 Nguyên lý làm việc

Nhập mác bê tông sau đó ấn nút khởi động các van cấp nước, phụ gia, cát,

đá, xi măng hoạt động

Các cảm biến cân đặt dưới các khoang làm nhiệm vụ cân đủ trọng lượng quy định cho từng khoang.

Sau khi các khoang nước, phụ gia, cát, đá, xi măng được nạp đủ máy ép sẽđưa các nguyên liệu gồm cát , đá , xi măng xuống bồn trộn để trộn khô

Quá trình trộn khô được thự hiện trong 30 giây

Quá trình trộn khô kết thúc , máy ép nhánh nước và phụ gia hoạt động đưanước và phụ gia vào bồn trôn trong để thực hiện quá trình trộn ướt

Quá trình trộn ướt hoạt động trong 30 giây

Kết thúc quá trình trộn ướt  còi bào hiệu hoạt động để báo hiệu trộn xongchuẩn bị cho công đoạn mở cửa xả bê tông trong 10 giây và tiếp tục cho lần trộnmới

Bộ đếm số mẻ hoạt động đếm đủ số lần quy định lần xả bê tông

Kết thúc quá trình đếm đủ số mẻ  reset bộ đếm và kết thúc quá trình trộn

bê tông

Ch ng ươ 3: L p trình cho b đi u khi n GVHD: Hoàng Qu c Xuyênậ ộ ề ể ố

và thi t k giao di n giám sát cho h th ngế ế ệ ệ ố

3.3.3 Chương trình

3.3.3.1 Hàm FC ANALOG để xử lý tín hiệu analog

Ch ng ươ 3: L p trình cho b đi u khi n GVHD: Hoàng Qu c Xuyênậ ộ ề ể ố

và thi t k giao di n giám sát cho h th ngế ế ệ ệ ố

3.3.3.2 Hàm FC CAN chuyển đổi tín hiệu analog thành số cân tương ứng

Network 1: Cân cát

Network 2: Cân đá

Network 3: Cân xi

Network 4: Cân nước

Ch ng ươ 3: L p trình cho b đi u khi n GVHD: Hoàng Qu c Xuyênậ ộ ề ể ố

và thi t k giao di n giám sát cho h th ngế ế ệ ệ ố

Network 5: Cân phụ gia

3.3.3.3 Hàm FC MAC BT để nhập mác bê tông