NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRẠM TRỘN BÊ TÔNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC KẾT HỢP WINCC

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH W X KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH TRẠM TRỘN BÊ TƠNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC KẾT HỢP WINCC Họ tên sinh viên: VĂN ĐÌNH BẢO VƯƠNG TRẦN XUÂN SANG Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2006-2010 Tháng /2010 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY W X      FINAL YEAR PROJECT INRESEARCHING, DESIGNING, MANUFACTURING AUTOMATIC CONRETE BATCHING CONTROLLED BY PLC AND WINCC Done by: VĂN ĐÌNH BẢO VƯƠNG TRẦN XUÂN SANG Majorty: MECHATRONICS ENGINEERING School years: 2006-2010 july /2010   NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC KẾT HỢP WINCC Tác giả VĂN ĐÌNH BẢO VƯƠNG TRẦN XUÂN SANG Khố luận đệ trình để đáp ứng u cầu Cấp kỹ sư ngành Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ: Nguyễn Lê Tường Tháng 7/2010   i   LỜI CẢM TẠ Trong suốt thời gian học Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, nhờ giúp đỡ tận tình q thầy cô mặt nên đề tài tốt nghiệp hồn thành Nhóm sinh viên thực xin gửi lời lòng biết ơn chân thành đến Bộ mơn Cơ Điện Tử, q thầy, Khoa Cơ Khí - Cơng Nghệ dìu dắt giảng dạy kiến thức chuyên môn làm sở để nhóm sinh viên thực hoàn thành tốt Đồ Án Đặc biệt, q trình thực đồ án này, nhóm sinh viên nhận giúp đỡ, động viên, hướng dẫn tận tình giảng viên Thạc Sĩ Nguyễn Lê Tường Xin gửi tới Cô lời cảm ơn chân thành! Đồng thời nhóm sinh viên gửi lời cảm ơn chân thành đến ban lãnh đạo, nhân viên Phân Viện Máy Cơng Nghiệp Sài Gòn, tận tình giúp đỡ nhóm sinh viên trình thực đồ án Ngồi nhóm sinh viên chân thành cảm ơn bạn bè đóng góp ý kiến để nhóm hồn thiện đề tài này! Nhóm sinh viên thực hiện: Văn Đình Bảo Vương Trần Xuân Sang   ii   TÓM TẮT Tên Đề Tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH TRẠM TRỘN BÊ TƠNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC KẾT HỢP WINCC” Thời gian địa điểm thực hiện: + Thời gian: từ ngày 10 / 04 đến ngày 15/07 năm 2010 + Địa điểm: Tại Phân Viện Máy Cơng Nghiệp Sài Gòn phòng thực tập Bộ mơn Cơ Điện Tử, Trường Đại Học Nơng Lâm TP.HCM Mục đích: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trạm trộn bê tông điều khiển PLC kết hợp WinCC Nội dung: Đề tài thực với nội dung sau: + Nghiên cứu, thiết kế, tính tốn xây dựng mơ hình trạm trộn cho phù hợp với đề tài tốt nghiệp + Viết chương trình điều khiển hệ thống PLC + Giám sát, điều khiển hệ thống WinCC   iii   MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT .iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC BẢNG vii DANH SÁCH CÁC HÌNH viii Chương MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương TỔNG QUAN 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Tồng quan trạm trộn bê tông 2.2.1 Khái niệm chung bê tông 2.2.2 Các thành phần cấu tạo bê tông 2.2.3 Tỷ lệ pha trộn thành phần bê tông 2.3 Khảo sát trạm trộn bê tông tự động 60m3/h 2.3.1 Mơ hình trạm trộn bê tông tự động 60m3/h 2.3.2 Sơ đồ khối trạm 11 2.3.3 Nguyên lý hoạt động trạm trộn 11 2.3.4 Giới thiệu số linh kiện sử dụng trạm 11 2.4 Động DC 15 2.4.1 Nguyên lý hoạt động động 15 2.4.2 Cơ chế sinh lực quay động điện chiều 17 2.5 Tổng quan PLC 18 2.5.1 Đặc điểm điều khiển logic khả trình PLC 18 2.5.2 Thành phần điều khiển logic khả trình PLC 19 2.5.3 Bộ nhớ plc gồm vùng 20 2.5.4 Vòng qt chương trình 21 2.5.5 Cấu trúc chương trình 22 2.5.6 Các vùng nhớ S7200 24   iv   2.6 Modul mở rộng analog (modul EM235) 25 2.7 Tổng quan PC access 25 2.8 Tổng quan Win CC 26 2.8.1 Giới thiệu chung win cc 26 2.8.2 Chức trung tâm điều khiển (control center) 26 2.8.3 Cấu trúc 27 2.8.4 Soạn thảo (Editor) 27 2.8.5 Các thành phần dự án (Project) Control Center 28 2.9 Tồng quan Loadcell 30 2.9.1 Cấu tạo loadcell 30 2.9.2 Nguyên lý hoạt động loadcell 31 2.9.3 Loadcell tương tự Loadcell số 33 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 3.1 Nội dung nghiên cứu 35 3.2 Phương pháp nghiên cứu 35 3.3 PLC s7-200 35 3.3.1Giới thiệu PLC S7-200 (CPU 222) 35 3.3.2 Soạn thảo chương trình điều khiển PLC s7-200 36 3.3.3 Mơ chương trình PLC 37 3.3.4 Giao tiếp PLC máy tính 38 3.5 Giao tiếp WinCC 44 3.6 Động DC 45 3.7 Loadcell 46 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 4.1 Sơ đồ khối 48 4.2 Khảo sát mơ hình 49 4.2.1 Sơ đồ khối 49 4.2.2 Khảo sát mơ hình trạm trộn 50 4.2.3 Mơ hình thực tế 50 4.2.4 Kết nối mơ hình với thiết bị điều khiển 51 4.2.5 Lưu đồ giải thuật 52   v   4.2.5 Lưu đồ giải thuật 53 4.2.6 Nguyên lý hoạt động mơ hình 56 4.2.7 Sơ đồ kết nối dây điều khiển 58 4.3 Mạch thực đảo chiều quay động 59 4.5 Giao diện điều khiển WinCC 60 4.10 Kết khảo nghiệm sơ 63 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 65 5.1 Kết Luận 65 5.2 Đề nghị : 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68   vi   DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Xi măng P400, đá dăm 10*20, cát vàng tính cho 1m3 bê tông Bảng 2.2: Xi măng P500, đá dăm 10*20, cát vàng tính cho 1m3 bê tơng Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật loại trạm bê tông Bảng 2.4: Các dây nguồn tín hiệu loadcell 31 Bảng 4.1: kết khảo nghiệm mơ hình hoạt động 63   vii   DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Một số hình ảnh trạm trộn bê tông Hình 2.2 : Giao diện điều khiển trạm trộn Hình 2.3: Bảng vẽ bố trí trạm 10 Hình 2.4: Bảng vẽ tổng thể trạm 10 Hình 2.5: Sơ đồ khối mơ hình 11 Hình 2.6: Giao diện hình TP200 12 Hình 2.7: Cấu tạo động ba phase 14 Hình 2.8: Cách đấu động ba phase hình 14 Hình 2.9: Cách đấu động ba phase hình tam giác 15 Hình 2.10: Nguyên lý hoạt động 16 Hình 2.11: Cơ chế sinh lực động 17 Hình 2.12: Mơ hình PLC S7200 19 Hình 2.13: Các phần tử lập trình ladder 23 Hình 2.14: Phương pháp lập trình dạng LAD 23 Hình 2.15: Phương pháp lập trình dạng STL 24 Hình 2.16: Phương pháp lập trình dạng 24 Hình 2.17: Giới hạn vùng nhớ PLC s7200 25 Hình 2.18: Cấu trúc loadcell số 31 Hình 2.19 : Nguyên lý hoạt động loadcell 32 Hình 2.20: Một số hình ảnh loadcell 32 Hình 2.21: Sơ đồ kết nối loadcell tương tự 33 Hình 2.22: Sơ đồ kết nối loadcell số 34 Hình 3.1: giao diện soạn thảo chương trình 37 Hình 3.2: Cửa sổ chương trình mơ 38 Hình 3.3: Chọn cổng giao tiếp 39 Hình 3.4: Chọn địa PLC 39 Hình 3.5: Download Upload liệu 40 Hình 3.6: Chọn PLC giao tiếp 40   viii   4.10 Kết khảo nghiệm sơ Kết khảo nghiệm dựa vào thời gian xả phễu cốt liệu: đá, cát, xi Ta có khối lượng đạt điện áp tương ứng Từ bảng khảo nghiệm cho thấy 1s bồn chứa đá, cát , xi xả xuống cối trộn khoảng 100g Qua tính tốn sai số ta kết bảng sau: Bảng 4.1: kết khảo nghiệm mơ hình hoạt động Đá Cát Xi Khối Khối Khối lượng lượng lượng Đặt thực thùng tế cân 1,5kg Hệ số Khối Điện lượng đạt áp Lần 5s 5s 8s 1,8 kg 3,3kg 0,00032 1.8432Kg 1.85V Lần 6s 5s 5s 1,6 kg 3,1kg 1,5kg 0,00033 1.6896kg 1,7V Lần3 7s 10s 5s 2,2 kg 3,7kg 1,5kg 2,112kg 2,1V Lần 4s 7s 8s 1,9 kg 3,4kg 1,5kg 0,00035 2,128 2,2V Lần 8s 5s 5s 1,8 kg 3,3kg 1,5kg 1.728 1.8V 63 0,0003 0,0003   Khối lượng đạt Hệ số Điện Áp Khối lượng đặt Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Hình 4.14: Đồ thị khảo nghiệm Nhận xét: Từ kết khảo nghiệm đồ thị cho thấy khối lượng, điện áp hệ số tỉ lệ thuận với Tùy thuộc vào khối lượng tính tốn hệ số ta có điện áp tương ứng Do điều kiện mơ hình khơng cho phép, nhóm sinh viên khơng đưa nước vào bảng khảo nghiệm Trên mơ hình động nước động ảo động hoạt động đèn led báo hiệu sáng ngược lại Cơng thức tính khối lượng cân (Analog – giá trị ban đầu)×hệ số = khối lượng cân (4.1) Tuỳ thuộc vào thời gian khối lượng thành phần ta có khối lượng tương ứng qua ta có điện áp tương ứng Ở ta có loadcell 10kg tương ứng với điện áp 0-10V hoạt động loadcell Khối lượng ban đầu khối lượng động khối lượng phễu cối trộn ta đưa cho việc tính tốn dễ dàng 64   Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết Luận + Đề tài “NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MƠ HÌNH TRẠM TRỘN BÊ TÔNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC KẾT HỢP WINCC” đề tài mang tính thực tiển cao, vừa khảo sát đánh giá sản phẩm công nghiệp vừa thực hành kiến thức học nhà trường Đề tài có kết hợp lý thuyết thực tiễn: từ kết trình khảo sát mà đưa đề xuất xây dựng mô hình cho phù hợp với mục đích đề tài + Viết chương trình điều khiển PLC + Thiết kế giao diện điều khiển Win CC + Đã xây dựng mơ hình trạm trộn Mơ hình trạm trộn bê tơng thiết kế với kích thước: Chiều rộng 30cm , chiều dài 60cm Gồm phễu chứa liệu Gồm động để điều khiển đóng mở thực chu trình làm việc Một loadcell 10kg để thực cân tự động Mạch nguồn 12VDC 5.2 Đề nghị : Qua trình thực đề tài, kết thu đáp ứng yêu cầu, nhóm sinh viên đề nghị có thêm phương tiện để thực đề tài hiệu + Có thêm loadcell tự động để kết cân xác 65   + Sữ dụng hệ thống SCADA việc điều khiển giám sát hệ thống sản xuất lớn cơng nghiệp + Cần hồn thiện mơ hình để phục vụ cho trình học tập cho sinh viên sau + Sữ dụng PLC s7300 để liên kết với WinCC cách dễ dàng 66   TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Lê Văn Bạn Lê Ngọc Bích – Giáo trình PLC – ĐH Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh 2) Ngơ Quang Hà Trần Văn Trọng – Kỹ thuật điều khiển lập trình (SPS-PLC) – ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh 3) Nguyễn Tấn Đời, 2007 – Điều khiển lập trình – ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh 4) PGS Trần Hữu Quế - Vẽ kĩ thuật khí (tập 1) – Nhà xuất Giáo Dục 5) Trần Cơng Bình, 2004 – Hướng dẫn sử dụng PLC – ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí 6) TS Nguyễn Văn Hùng – Giáo trình cảm biến đo lường 7) http://dientuvietnam.net/forums/ 8) http://dieukhientudong.net 9) http://codientu.vn 67   PHỤ LỤC Phụ lục Chương trình điều khiển mơ hình + Nhấn nút ON hệ thống khời động + Sau giây DC Đá hoạt động quay thuận + Dừng 5s trở vị trí ban đầu 68   + Động cát quay thuận dừng 5s + Sau quay nghịch 69   + Khi đụng I0.6 động nước động xi hoạt động + Động xi hoạt động quay thuận ngừng quay nghịch 70   + Điều khiển Loadcell + Hiển thị khối lượng cân :       71   Reset chương trình   72   Phụ lục Những qui định vận hành trạm Không chạy trạm điện áp cao thấp ( 420V 340V), điện áp pha mát cách nhìn đồng hồ tủ điện Không hàn điện khu vực gần đẩu đo, không chạy trạm thời tiết có nguy sét mưa giơng Khi chạy trạm người khơng có trách nhiệm khơng đến gần khu vực trạm, người vận hành ý theo dõi điều kiện an tồn có cố ấn nút dừng khẩn Khi đục bê tông khối ý phải tắt aptomat tổng, phải ý điều kiện an toàn chạy cối, chạy gầu cào, vít tải Khơng lưu trữ tải cân q tiếng Nếu có cố phải dừng báo với nhà sản xuất 2.1 Qui trình kiểm tra trạm 2.1.1Yêu cầu với cán vận hành trạm trộn Cán vận hành trạm trộn cần đảm bảo sức khỏe tốt, phải nắm vững kiến thức vận hành trạm trộn Khi trạm chế độ hoạt động cán vận hành phải theo dõi hình điều khiển, hệ thống đèn báo để kịp thời phát xử lý nhanh cố Khi có cố thuộc kỹ thuật (phần điều khiển, máy tính …) cán vận hành khơng tự ý sữa chữa gây hư hỏng thêm, mà phải báo cho cán kỹ thuật người có trách nhiệm Khi sữa chữa thiết bị điện phải đảm bảo ngắt nguồn điện, treo biển báo sữa chữa để đảm bảo an toàn 2.1.2 Kiểm tra trước vận hành trạm Trước vận hành trạm phải kiểm tra kỹ thiết bị để kịp thời phát cố trước cho trạm vận hành Phải kiểm tra nguồn điện có đảm bảo trị số điện áp, tần số, đồng pha Phải kiểm tra áp suất khí nén, van khí nén có đạt trị số áp suất yêu cầu hay không Kiểm tra số mẻ đặt, thông số định mức mác bê tông trộn 73   Hệ thống khí nén, hệ thống nước, hệ thống vít tải đứng, vít tải xuyên, cối trộn 2.1.3 Khi kết thúc vận hành trạm Sau kết thúc vận hành trạm phải vệ sinh rửa cối trộn, trạm trộn theo qui trình vệ sinh Phải tắt nguồn điện cấp vào thiết bị, tủ điện Kết thúc vận hành phải kiểm tra bảo dưỡng thiết bị theo định kỳ Không dùng vật cứng tác dụng vào đầu đo, cữ hành trình, xi lanh q trình vệ sinh trạm trộn Khơng phun nước trực tiếp vào hệ thống khí nén, cữ hành trình, đầu đo trình vệ sinh trạm trộn 2.2 Bảo dưỡng sữa chữa thiết bị 2.2.1 Kiểm tra bảo dưỡng Ngoài chất lượng chế tạo thiết bị, bảo dưỡng q trình sữ dụng có ý nghĩa quan trọng việc nâng cao tuổi thọ thiết bị Quá trình kiểm tra bảo dưỡng hệ thống thiết bị nhằm kịp thời phát xử lý cố, trục trặc kỹ thuật phát sinh 2.2.2 Quá trình kiểm tra bảo dưỡng gồm hạng mục sau a Kiểm tra bảo dưỡng thiết bị khí Q trình kiểm tra bảo dưỡng tiến hành thường xuyên trình vận hành thiết bị Có hạng mục ln thực thỏa mãn, có hạng mục thực sau khoảng thời gian định Chu kỳ tần suất thực kiểm tra bảo dưỡng phụ thuộc vào mức độ khai thác thiết bị liên tục hay gián đoạn, cường độ làm việc thấp hay cao +Kiểm tra thiết bị mau mòn: Các cánh cối trộn bê tông, dây đai hệ thống nén khí Hệ thống băng tải + Kiểm tra khả gây kẹt trình sản xuất: Cát, đá, mảng bê tông chèn lấp đầu đo (loadcell), cảm biến từ, cữ hành trình… Vật liệu đọng bám cửa xả liệu( cửa đá, cửa xi măng ) đá sỏi gây kẹt vít tải … 74   Bê tông đọng bám cối… Xi măng đọng bám túi vải lọc bụi silo Tất trường hợp kiềm tra định kỳ trước sau thời kỳ ngừng hoạt động lâu dài + Kiểm tra dầu mỡ bôi trơn Các hộp số vít tải, cối trộn, băng tải, máy nén khí Bộ lọc khí Gối đỡ, ổ bi chi tiết chuyển động b.Kiểm tra bảo dưỡng thiết bị điện + Trước chạy phải kiểm tra công thức gọi chưa, thành phần khối lượng công thức (cát, đá,xi măng, nước, phụ gia) đặt chưa + Cấm hàn điện gần đầu đo + Các đầu đo phải sẽ, bẩn phải dùng khí nén thổi mà khơng dùng vật cứng, sắc, hóa chất khác + Tránh để nước vào bên cơng tắc hành trình, thường xun kiểm tra , tra dầu vào cơng tắc để tránh tượng bị kẹt , hỏng móc + Thường xuyên kiểm tra siết chặt lại ốc tủ điện để tránh tượng đánh lửa gây hỏng móc + Không chạy trạm pha, điện áp cao (lớn 400v) thấp(nhỏ 360v) cách nhìn đo điện áp mặt tủ điện + Khi chạy phải ý có cố phải ấn nút dừng khẩn Quá trình bảo dưỡng + Hệ thống khí nén Hằng ngày phải xả nước bồn lọc khí ngồi, tháng phải xả nước bình tích máy nén khí ngồi Khi hết dầu lọc phải bổ sung mức dầu qui định, thường xuyên kiểm tra mức dầu hộp số máy nén khí để bổ sung thay kịp thời Thường xuyên kiểm tra đường ống khí nén có rò rỉ hay khơng tìm cách xử lý kịp thời + Cối trộn Cối trộn phải 75   Mức dầu hộp số phải nằm giới hạn cho phép Khi cách trộn mòn phải chỉnh khe hở cho phù hợp để bê tông quét trộn + Hệ thống điện Tránh để nước vào bên công tắc hành trình, thường xuyên kiểm tra, tra dầu vào cơng tắc để tránh tượng bị kẹt, hỏng móc Thường xuyên kiểm tra siết chặt lại ốc tủ điện để tránh tượng đánh lửa gây hỏng móc + Hệ thống cân Ln kiểm tra xem phần động phần tĩnh có chạm khơng, khe hở vít chống q tải có không Khu vực cân phải Hàng tuần phải kiểm tra cửa xả cân xi măng, đường thông khí + Hệ thống vít tải xi măng Khi chạy khoảng 100-150 xi măng phải bơm mỡ vào ổ vít tải lần Các cửa thăm vít tải ln làm kín để tránh nước vào vít tải gây tượng đóng cục xi măng Khoảng ½ tháng phải kiểm tra lọc Silo xi măng tránh tượng tắc hỏng Toàn bu lông trạm phải siết chặt tránh tượng rung làm việc gây hỏng móc đáng tiếc a Một số cố cách sữa chữa + Máy nén khí khơng chạy bật aptomat tổng Do điện không đủ pha kiểm tra nguồn điện Do role nhiệt máy nén khí nhảy Khởi động từ điều khiển động bị hỏng + Xilanh không hoạt động điều khiển tủ điện Do hệ thống điều khiển van điện khí bị hỏng nên khơng có điện áp vào cuộn dây van điện khí Hãy khắc phục cách ấn tiếp vào phần điều khiển khí Bộ lọc dầu bị hỏng: Có thể dầu trực tiếp vào đường khí khơng qua lọc 76   + Hệ thống cân xi măng vít tải xi măng + Cửa xả thùng xi măng bị kẹt Do xi măng bám nhiều vào cửa xả Do hệ thống ốc vít bị lỏng trình làm việc nên cần kiểm tra siết lại Thành cân xi măng xả không hết bám nhiều thành thùng + Vít tải khơng quay Do role nhiệt ngắt Trong xi măng có lẫn dây, đinh … gây kẹt bên vít tải Do xi măng bị đóng cục cử hành trình Vít tải xiên bị kẹt trình làm việc cử xi măng từ silo xuống vít tải lớn + Cối trộn khơng chạy Do cơng tắc hành trình nắp thùng trộn bị hỏng Do role nhiệt bị ngắt (ấn lại role) Do khởi động từ điều khiển động bị hỏng Do động cháy điện pha Do cánh trộn chỉnh sát đáy nên bị kẹt khí + Cối trộn khơng qt hết Do chỉnh cánh trộn khe lớn Do lưỡi trộn mòn   77 ... (Timer) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước (PV – preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV – current Value) giá trị lọc logic đầu thời gian C (counter) : Miền nhớ phục vụ đếm bao. .. tải điện mạch điện phase tiết kiệm dây dẫn việc truyền tải điên dòng điện phase Mạch điện phase bao gồm: nguồn điện phase, đường dây truyền tải phụ tải Để tạo nguồn điện phase ta dùng máy phát... lúc ta nối điện trở tải vào đầu động cơ, kéo trục động ngẫu lực bên ngoài) Như điện áp đặt động bao gồm thành phần: sức phản điện động, điện áp giáng tạo điện trở nội cuộn dây phần ứng Dòng điện