Nghiên cứu ứng dụng plc trong công nghệ sản xuất tại nhà máy xi măng la hiên thái nguyên

Lời nói đầu Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như CNC, PLC… các thiết bị này cho phép khắc phục đượ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Hướng dẫn khoa học: T.S Nguyễn Thanh Hà

Ngày giao đề tài: 01/10/2007 Ngày hoàn thành: 30/04/2008

KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP

***

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc -o0o -

Chương 1 Công nghệ sản xuất và hệ thống tự động hoá

của nhà máy xi măng la hiên thái nguyên

7

1.1 Sơ lược về quá trình hình thành và cấu trúc tổ

chức của nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên

7

1.2 Giới thiệu chung về sơ đồ tổ chức của nhà máy xi

măng La Hiên Thái Nguyên

8

1.3 Tóm tắt công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy 9

1.4 Hệ thống tự động hoá trong quá trình sản xuất 16

44

46

Chương 4 Mô phỏng hoạt động của hệ thống 47

4.1 Khái niệm cơ bản về WinCC 47

4.2 Những đặc điểm chính của WinCC 48

4.3 Các thành phần của WinCC 50

4.4 Hệ thống WinCC (The basic WinCC system) 54

4.5 Cách thức làm việc với WinCC 55

4.6 Sơ đồ chức năng của WinCC 56

4.7 Giao tiếp trong WinCC 57

4.8 Tạo các Funtion và các Action 60

4.9 Thiết kế các trang trên wincc cho việc giám sát

hệ thống điều khiển lò quay

61

Tài liệu tham khảo 69

Lời nói đầu

Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như CNC, PLC… các thiết bị này cho phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó và đáp ứng được yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất

Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay thì việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự động hoá quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang là một vấn

đề cấp thiết và có tính thời sự cao

Luận văn với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng PLC trong công nghệ sản

xuất tại nhà máy xi măng Thái Nguyên” nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng

dụng của bộ điều khiển PLC trong sản xuất Đối tượng để luận văn đề cập đến là lò quay trong nhà máy xi măng La Hiên – Thái Nguyên, đây là một nhà máy hiện nay

đã có mức độ tự động hoá được nâng lên rất cao với việc sử dụng thiết bị điều khiển PLC S7-300 cùng với các thiết bị khác của hãng SIEMENS

Luận văn bao gồm những nội dung chính như sau:

Chương 1: Công nghệ sản xuất và hệ thống tự động hoá của nhà máy xi

măng La Hiên Thái Nguyên

Chương 2: Tổng quan về PLC và PLC S7-300

Chương 3: Ứng dụng PLC cho quá trình công nghệ

Chương 4: Mô phỏng hoạt động của hệ thống

Trong quá trình tiến hành làm luận văn, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình

của giáo viên hướng dẫn T.S Nguyễn Thanh Hà và bản thân tác giả cũng đã cố

gắng tham khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế trong nhà máy nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quí báu của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo viên

hướng dẫn T.S Nguyễn Thanh Hà đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được

luận văn này

Xin chân thành cảm ơn

Học viên

Trần Thị Tuyết Lan

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG LA HIÊN THÁI NGUYÊN

1.1 Sơ lược về quá trình hình thành và cấu trúc tổ chức của nhà máy xi măng

La Hiên Thái Nguyên

Quá trình phát triển của ngành công nghiệp xi măng Việt Nam nói chung luôn phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản: một mặt gắn với điều kiện phát triển kinh tế -

xã hội chung của đất nước, một mặt khác cũng phụ thuộc vào trình độ phát triển công nghệ, kỹ thuật và thiết bị sản xuất xi măng trên thế giới

Nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên được xây dựng ở nơi có nguồn nguyên liệu dồi dào và thuận lợi cho việc vận chuyển nhiên, nguyên liệu bằng đường bộ

Nhà máy xi măng La Hiên được thành lập ngày 01 tháng 01 năm 1995 Ban đầu nhà máy có một dây chuyền sản xuất lò đứng với công suất 60 nghìn tấn sản phẩm/năm Năm 1996 nhà máy đưa thêm 01 dây chuyền lò đứng thứ 2 với công suất 80 tấn sản phẩm/năm Năm 2005 đưa thêm 01 dây chuyền lò quay công suất

300 nghìn tấn sản phẩm/năm Nhà máy là một đơn vị thành viên của Công ty Than nội địa thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than khoáng sản Việt Nam

Quá trình xây dựng nhà máy từ thiết kế kỹ thuật, lắp đặt thiết bị và vận hành chạy thử do các chuyên gia của Trung Quốc đảm nhiệm Cán bộ, công nhân Việt Nam được tiếp nhận công nghệ và tổ chức thực hiện

Hiện nay, nhà máy cách trung tâm thành phố Thái nguyên 18km nằm trên quốc lộ 1B (Thái Nguyên - Lạng Sơn) Giao thông thuận tiện, các nguồn nguyên liệu chính cung cấp cho nhà máy ( quặng, sắt, đá vôi, đất sét ) ở trong phạm vi không quá 30km

Sản phẩm của nhà máy hiện nay được tiêu thụ trên các thị trường thuộc các tỉnh: Thái Nguyên, Hà Nội, Quảng Ninh, Bắc Kạn, Vĩnh Phúc,

1.2 Giới thiệu chung về sơ đồ tổ chức của nhà máy xi măng La Hiên

PHÓ GIÁM ĐỐC SẢN XUẤT

PX

cơ điện

Phòng TCNS

Phòng KDTT

Phòng KHVT

Phòng TCKT

phòng TCKTTK

Phòng thanh tra

Phòng

HC

Đội bảo vệ

Trạm Y tế

Phòng

an toàn

PX cấp liện

PX

lò quay

1.3 Tóm tắt công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy

Xi măng poolăng hỗn hợp là loại chất kết dính thủy, được chế tạo bằng cách nghiền mịn hỗn hợp clanker với các loại phụ gia khoáng và một lượng thạch cao cần thiết hoặc bằng cách trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng poolăng không chứa phụ gia khoáng

Clanhker xi măng poolăng dùng để sản xuất xi măng poolăng hỗn hợp có hàm lượng magiê oxits (MgO) không lớn hơn 5 %

Phụ gia khoáng bao gồm phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia đầy:

- Phụ gia khoáng hoạt tính gồm các loại vật liệu thiên nhiên nhân tạo ở dạng nghiền mịn có tính chất puzôlan và tính chất thủy lực

- Phụ gia đầy gồm các loại vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, thực tế không tham gia vào quá trình hyđrat hóa xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc đá xi măng

Phụ gia công nghệ gồm các loại phụ gia có tác dụng cải thiện tính chất của xi măng nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng hoặc để tăng cường quá trình nghiền và vận chuyển đóng bao và bảo quản xi măng

Tùy theo chất lượng xi măng và phụ gia, tổng lượng các loại phụ gia khoáng ( không kể thạch cao) trong xi măng poolăng hỗn hợp, tính theo khối lượng xi măng không lớn hơn 40% trong đó phụ gia đầy không lớn hơn 20%, phu gia công nghệ không lớn hơn 1%

*Yêu cầu chất lượng của xi măng poolăng hỗn hợp:

- Mác của xi măng poolăng hỗn hợp gồm: PCB 30 và PCB 40, trong đó: +) PCB là kí hiệu qui ước cho xi măng poolăng hỗn hợp

+) Các trị số 30,40 là giới hạn cường độ nén của mẫu vữa xi măng sau 28 ngày dưỡng hộ tính bằng N/mm2, xác định theo TCVN 6016: 1995 (ISO 679: 1999(E))

- Các chỉ tiêu chất lượng qui định trong bảng 1.1:

2 Thời gian đông kết

- Bắt đầu (phút) không nhỏ hơn

- Kết thúc (giờ) không lớn hơn

45

10

3 Độ nghiền mịn:

- Phần còn lại trên sàng 0,09mm, % không lớn hơn

- Bề mặt riêng xác định theo phương pháp Blaine,

cm2 không nhỏ hơn

12

2700

4 Độ ổn định thể tích, xác định theo phương pháp

Le Chatelier, mm không lớn hơn 10

5 Hàm lượng anhydric sunphuric (SO3)% không lớn

hơn

3,5

1.3.1 Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng của nhà máy

Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng của nhà máy là: đá vôi, đất sét, than, quặng sắt, phụ gia điều chỉnh và phụ gia khoáng hóa (nếu có) Sau khi được đồng nhất sơ bộ và gia công đạt kích thước về cỡ hạt và độ ẩm, Chúng được đưa vào các kho chứa riêng biệt Để đảm bảo yêu cầu về chất lượng sản phẩm các nguyên liệu chính để sản xuất xi măng cần đạt được các yêu cầu sau:

Các yêu cầu kỹ thuật đối với các nguyên liệu chính để sản xuất xi măng của nhà máy:

Đá vôi:

- Thành phần hóa học của hỗn hợp đá vôi phải thỏa mãn các qui định sau:

+) Hàm lượng canxi ôxit (CaO) không nhỏ hơn 51%

+) Hàm lượng manhê ôxit (MgO) không lớn hơn 3,0%

+) Kích thước lớn nhất đá vôi khi nhập không lớn hơn 450mm

+) Kích thước đá vôi khi nhập không nhỏ hơn 100mm

+) Kích thước đá vôi sau đập búa không lớn hơn 25mm

Đất sét:

- Thành phần hóa học của hỗn hợp đất sét phải thỏa mãn qui định sau:

+) Hàm lượng silic đioxit (SiO2) từ 64% đến 72 %

+) Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) từ 14% đến 18%

+) Hàm lượng mất khi nung không lớn hơn 8%

- Đất sét không lẫn dị vật thép và các dị vật có hại

- Độ ẩm đất sét khi nhập không lớn hơn 15%

- Độ ẩm đất sét sau sấy không lớn hơn 3%

Đá cao silíc:

- Thành phần hóa học của hỗn hợp đá cao Silíc phải thỏa mãn các qui định sau:

+) Hàm lượng silíc đioxit (SiO2) trên 82%

+) Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) từ 8% đến 14 %

+) Hàm lượng mất khi nung không lớn hơn 5 %

- Đá cao si líc không lẫn dị vật thép và các vật có hại

- Độ ẩm đá cao Silíc khi nhập không lớn hơn 5%

Quặng sắt: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng quặng sắt để làm phụ

gia điều chỉnh thành phần hóa học của phối liệu sản xuất xi măng

- Thành phần hóa học của quặng sắt phải thỏa mãn qui định: Hàm lượng ôxit sắt (Fe2O3) không nhỏ hơn 60%

- Độ ẩm tự nhiên (%) không lớn hơn 9%

- Kích thước hạt từ 0 đến 8mm

Cát non: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng cát non làm phụ gia điều

chỉnh thành phần hóa học của phối liệu để sản xuất Clinke ximăng Poolăng

- Thành phần hóa học của cát non phải thỏa mãn qui định:

+) Hàm lượng điôxít (SiO2) không nhỏ hơn 85%

+) Hàm lượng nhôm ôxít (Al2O3) không lớn hơn 5%

- Độ ẩm tự nhiên của cát non khi nhập không lớn hơn 15%

- Độ ẩm tự nhiên của cát non sau khi sấy không lớn hơn 2%

Quặng barít: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng quặng barít làm phụ

gia khoáng hóa để nung clinker xi măng poolăng

- Hàm lượng sulfat bari (BaSO4) không nhỏ hơn 75%

- Kích thước hạt khi nhập không lớn hơn 250mm

- Kích thước hạt sau khi đập nhỏ hơn 20mm

Than cám: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng than cám làm nhiên

liệu để nung Clinker xi măng poolăng và làm nhiên liệu để sấy đất sét, cát

- Than Quảng Ninh dùng để sản xuất xi măng poolăng:

+) Hàm lượng tro trong than (Ak) không lớn hơn 24%

+) Hàm lượng chất bốc trong than (Vk) từ 5% đến 10%

+) Độ ẩm tự nhiên trong than không lớn hơn 7,5%(trong quí I,II,IV) không lớn hơn 11,5% (trong qúi III)

- Than Khánh Hòa, than Bá Sơn, Trường CNKT mỏ dùng để nung Clinker xi măng poolăng:

+) Hàm lượng tro trong than (Ak) không lớn hơn 22%

+) Hàm lượng chất bốc trong than (Vk) từ 6% đến 13%

+) Độ ẩm tự nhiên trong than không lớn hơn 10%

- Than Núi Hồng dùng để sấy đất sét, cát non:

+) Hàm lượng tro trong than (Ak) không lớn hơn 30%

+) Hàm lượng chất bốc trong than (Vk) từ 8% đến 15%

+) Độ ẩm tự nhiên trong than không lớn hơn 20%

Thạch cao: Tiêu chuẩn này áp dụng cho việc sử dụng thạch cao làm phụ gia

điều chỉnh thời gian ninh kết của hồ xi măng:

- Hàm lượng SO3 trong thạch cao không nhỏ hơn 37%

- Hàm lượng các chất hữu cơ không lớn hơn 3%

- Kích thước thạch cao khi nhập không lớn hơn 300mm

- Kích thước thạch cao sau khi đập không lớn hơn 25mm

Xỉ lò cao: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng xỉ lò cao làm phụ gia

sản xuất xi măng poolăng hỗn hợp:

+-Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) không nhỏ hơn 7%

- Hàm lượng Manhe ôxit (MgO) không lớn hơn 12%

- Kích thước hạt khi nhập không lớn hơn 300mm (đối với xỉ cục)

- Kích thước hạt khi nhập không lớn hơn 10mm (đối với xỉ hạt nhẹ)

- Kích thước hạt sau khi đập không lớn hơn 20mm

- Độ ẩm xỉ hạt nhẹ khi nhập không lớn hơn 20%

- Độ ẩm xỉ hạt nhẹ sau khi sấy không lớn hơn 3%

Đá cao silíc: Tiêu chuẩn này qui định các nguồn nguyên liệu để sản xuất xi

măng poolăng:

- Thành phần hóa học của hỗn hợp phải thỏa mãn các qui định:

+) Hàm lượng silíc đioxit SiO2 trên 82%

+) Chỉ số hoạt tính cường độ lớn hơn 80%

+) Hàm lượng mất khi nung không lớn hơn 5%

- Đá cao silíc không lẫn dị vật và các vật có hại

- Độ ẩm đá cao silíc khi nhập không lớn hơn quá 5%

Bột phối liệu để nung clinker ximăng poolăng bằng công nghệ lò đứng:

- Độ mịn (lượng còn lại trên sàn 0,08mm) không lớn hơn 16%

- Hàm lượng canxi ôxit (CaO) dao động không vượt quá 1

- Hàm lượng sắt ôxit (Fe2O3) dao động không vượt quá  0,2

- Các hệ số : KH = 0,931,03

n = 2,0  2,5

p = 0,9  1,5 Bột liệu sống sau nghiền được đổ vào các silô chứa theo yêu cầu của phòng KTSXXM

Bột phối liệu để nung clinker ximăng poolăng bằng công nghệ lò quay:

- Độ mịn (lượng còn lại trên sàn 0,08mm) không lớn hơn 12%

- Độ mịn (lượng còn lại trên sàn 0,08mm) không lớn hơn 16%

- Hàm lượng canxi ôxit (Cao) dao động không vượt quá 1

- Hàm lượng sắt ôxit (Fe2O3) dao động không vượt quá  0,2

- Các hệ số : KH = 0,88  0,94

n = 2,3  2,7

p = 1,4  1,7 Bột liệu sống sau nghiền được đổ vào các silô chứa, đồng nhất

Clinker xi măng poolăng sản xuất bằng công nghệ lò đứng: Tiêu chuẩn

này qui định cho việc sử dụng Clinker xi măng poolăng để sản xuất xi măng poolăng hỗn hợp:

- Hàm lượng vôi tự do CaOtd trong clinker không lớn hơn 4%

- Hàm lượng mất khi nung trong clinker không lớn hơn 2%

- Màu sắc: xanh sám

- Nhiệt độ clinker ra lò không lớn hơn 1500C

- Kích thước clinker sau máy đập hàm không lớn hơn 25mm

Clinker ra lò được phân loại và bảo quản trong silô hoặc kho chứa, khô ráo, tránh mưa, nước

Clinker xi măng poolăng sản xuất bằng công nghệ lò quay : Tiêu chuẩn

này qui định cho việc sử dụng Clinker xi măng poolăng để sản xuất xi măng poolăng hỗn hợp PCB30, PCB40:

- Hàm lượng đá vôi tự do CaOtd trong clinker không lớn hơn 2%

- Hàm lượng mất khi nung trong clinker không lớn hơn 2%

- Màu sắc: xanh sám

- Nhiệt độ clinker ra lò không lớn hơn 1500C

- Kích thước clinker sau máy đập hàm không lớn hơn 25mm

- Khối lượng thể tích của ckinker không nhỏ hơn 1200g/l

Clinker ra lò được phân loại và được bảo quản trong các silô hoặc kho chứa, khô ráo, tránh mưa, nước

1.3.2 Quá trình nghiền bột liệu sống

1.3.2.1 Đối với 02 dây chuyền lò đứng

Từ các kho chứa các vật liệu bao gồm: Đá vôi, đất sét, than, quặng sắt, phụ gia điều chỉnh được phối trộn theo yêu cầu của bài toán phối liệu qua hệ thống cân băng định lượng cấp vào máy nghiền và được nghiền trong máy nghiền bi theo chu trình kín Hỗn hợp bột liệu có độ mịn đạt yêu cầu kỹ thuật được chuyển đến các silô chứa nhờ hệ thống cơ học Việc đồng nhất bột liệu được thực hiện bằng cách đảo trộn cơ qua hệ thống vít tải, gầu nâng Bột liệu đạt yêu cầu kỹ thuật cung cấp cho công đoạn nung clinker

1.3.2.2 Đối với dây chuyền lò quay

Từ các kho chứa các vật liệu bao gồm: Đá vôi, đất sét, quặng sắt, phụ gia điều chỉnh được phối trộn theo yêu cầu của bài toán phối liệu qua hệ thống cân băng định lượng cấp vào máy nghiền và được nghiền trong máy nghiền đứng chu trình kín Việc đồng nhất bột liệu được thực hiện bằng phương pháp xục khí qua hệ thống khí nén

1.3.3 Quá trình nung tạo thành Clinker:

Sau khi nguyên liệu được nghiền đến cỡ hạt theo yêu cầu hỗn hợp bột liệu

sẽ được đồng nhất và chuyển sang quá trình nung

1.3.3.1 Đối với 02 dây chuyền lò đứng

Hỗn hợp bột liệu đồng nhất được trộn ẩm cấp cho máy vê viên sau đó đưa vào lò nung Quá trình gia nhiệt trong lò nung tạo cho hỗn hợp bột liệu thực hiện các phản ứng hóa lý để hình thành clinker Clinker ra lò dạng cục màu đen, kết khối tốt, có độ đặc chắc được chuyển vào ủ trong các silô chứa clinker và chờ chuyển tới máy nghiền tiếp theo

1.3.3.2 Đối với dây chuyền lò quay

Hỗn hợp bột liệu sau đồng nhất được cấp vào tháp trao đổi nhiệt qua 5 tầng tháp thực hiện phân hủy phần lớn cácbonnát trong nguyên liệu sau đó được chuyển vào lò nung Trong lò nung hỗn hợp liệu được tiếp tục gia nhiệt để thực hiện các

phản ứng hóa lý hình thành clinker Clinker ra lò qua hệ thống máy làm lạnh được chuyển vào ủ trong các silô chứa clinker chờ chuyển tới máy nghiền tiếp theo

1.3.4 Quá trình nghiền xi măng:

Clinker, thạch cao và phụ gia hoạt tính được cân băng điện tử định lượng theo tỉ lệ đã tính đưa vào máy nghiền bi chu trình kín và đưa lên máy phân ly để tuyển độ mịn Bột xi măng đạt độ mịn theo yêu cầu kỹ thuật được chuyển vào các silô chứa xi măng Xi măng bột sau máy phân ly được kiểm tra các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn TCVN 6260:1997 đạt yêu cầu được đem đóng bao và xuất kho

1.3.5 Quá trình đóng bao và lưu kho:

Xi măng được chuyển đến máy đóng bao để đóng bao xuất thẳng hoặc xếp thành từng lô Sau khi kiểm tra các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn TCVN 6260:1997 và đạt yêu cầu mới được nghiệm thu, đánh dấu lưu giữ chuẩn bị xuất kho

1.4 Hệ thống tự động hóa trong quá trình sản xuất

Với công nghệ như đã trình bày ở trên, phạm vi thiết kế tự động hóa của nhà máy bao gồm 7 phần sau:

+) Đập đá vôi, đồng nhất sơ bộ đá vôi

+) Bãi chứa nguyên nhiên liệu, chứa nguyên liệu và phối liệu, sấy liệu và nghiền mịn và đỉnh silô đồng nhất

+) Đồng nhất liệu sống và cấp liệu, xử lý khí thải đuôi lò, khung giá đuôi lò +) Giữa lò, đầu lò và nghiền than, làm nguội clinker và vận chuyển clinker, chứa clinker và hỗn hợp liệu

+) Đóng bao xi măng

+) Trạm nén khí

+) Nhà bơm nước tuần hoàn

Từ đập đá vôi đến chứa clinker và hỗn hợp liệu, toàn bộ hai công đoạn sản xuất chính là chuẩn bị liệu sống và nung clinker đều sử dụng hệ thống DCS, thực hiện việc điều khiển tập trung thao tác phân tán

Đóng bao xi măng, trạm nén khí, nhà bơm nước tuần hoàn và các hạng mục phân tán đều sử dụng điều khiển bằng đồng hồ thông dụng

1.4.1 Nguyên tắc thiết kế

Nguyên tắc chung: là thực dùng, tin cậy, kinh tế

Tính thực dùng: Kết hợp đầy đủ đặc điểm từng bộ phận của dây chuyền công nghệ, những công đoạn sản xuất chính của dây chuyền sử dụng điều khiển bằng DCS Hệ thống DCS được thiết kế nhất thiết phải thích ứng với công nghệ sản xuất sau khi cải tạo, hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu điều khiển cụ thể, từ phương diện điều khiển vì công suất chất lượng của cả dây chuyền đưa ra đảm bảo kỹ thuật

Độ tin cậy: Hệ thống chọn sử dụng cần có độ tin cậy cao, từ phương diện thiết bị là điều khiển quá trình sản xuất ổn định, tỉ lệ vận hành thiết bị cao đưa ra đảm bảo về thiết bị

Tính kinh tế: Hệ thống chọn dùng phải đảm bảo tính kinh tế, độ tin cậy cao, kết hợp tình hình cụ thể của dây chuyền sản xuất, xem xét tổng hợp đến đầu tư cho

cả hệ thống, tính năng của hệ thống, trình độ điều khiển và các nhân tố kinh tế kỹ thuật khác đảm bảo tính kinh tế của toàn hệ thống

1.4.2 Phương án hệ thống điều khiển DCS

Hệ thống DCS của phương án thiết kế này do 2 cấp cấu thành đó là: cấp điều khiển thao tác và cấp điều khiển quá trình, giữa sử dụng liên kết bằng mạng công nghiệp Ethernet network

Cấp điều khiển thao tác thiết kế 3 trạm thao tác, trong đó một trạm đồng thời

là trạm công trình sư; trạm thao tác đều nằm ở buồng điều khiển trung tâm; ngoài ra buồng điều khiển trung tâm có lắp đặt một máy in khổ rộng, để in tài liệu của hệ thống;

Cấp điều khiển quá trình có một trạm điều khiển, 2 trạm từ xa I/O:

+) Trạm I/O đập đá vôi (bao gồm đập đá vôi, đồng nhất đá vôi)

+) Trạm điều khiển nghiền liệu I/O (bao gồm vận chuyển đá vôi, chứa nguyên nhiên liệu, chứa nguyên liệu và phối liệu, sấy nghiền liệu và đỉnh silô đồng nhất)

+) Trạm điều khiển đuôi lò (bao gồm silô đồng nhất liệu, cấp liệu đuôi lò, xử

lý khí thải đuôi lò, khung giá đuôi lò)

+) Trạm điều khiển đầu lò (bao gồm giữa lò, đầu lò và nghiền than, làm nguội clinker và vận chuyển, chứa clinker và liệu hỗn hợp

Với mục đích sau này mở rộng, hệ thống DCS để dự phòng một số đầu cắm mạng cho hệ thống sản xuất xi măng

Các trạm điều khiển lần lượt nằm ở vị trí buồng điều khiển các công đoạn (dùng cùng buồng phối điện động lực tương ứng)

1.4.3 Tính năng hệ thống DCS

Trạm thao tác, trạm điều khiển của hệ thống DCS của bản thiết kế này có những tính năng cụ thể sau:

* Trạm đập đá I/O

- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn đập đá vôi

- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn liệu vào kho nguyên liệu

- Điều khiển đồng nhất xả liệu kho đồng nhất đá vôi

- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành công đoạn đập đá vôi

- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành công đoạn liệu vào kho nguyên liệu

* Trạm I/O nghiền liệu sống:

- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn ra liệu của silô nguyên liệu

- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn nghiền liệu sống

- Điều khiển khởi động dừng động cơ cao áp của máy nghiền liệu đứng

- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn liệu vào silô đồng nhất

- Điều khiển phối liệu liệu sống

- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành hệ thống nghiền liệu đứng

- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành hệ thống trạm dầu bôi trơn máy nghiền liệu đứng

- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành công đoạn nghiền bột liệu sống

- Điều khiển và kiểm tra mức liệu silô đồng nhất

* Trạm điều khiển đuôi lò:

- Điều khiển trình tự dừng và khởi động của thiết bị điện công đoạn ra liệu và silô đồng nhất liệu

- Điều khiển trình tự khởi động và dừng thiết bị điện công đoạn cấp liệu đuôi

lò

- Điều khiển khởi động và dừng quạt chịu nhiệt cao đuôi lò

- Điều khiển trình tự dừng và khởi động thiết bị điện hệ thống cấp thoát nước tháp gia ẩm đuôi lò

- Điều khiển trình tự dừng và khởi động thiết bị điện công đoạn hồi bụi đuôi

- Điểu khiển và kiểm tra tham số vận hành của quạt chịu nhiệt cao đuôi lò

- Điểu khiển và kiểm tra tham số nhiệt công trong quá trình sản xuất của nhiệt độ, áp lực, hàm lượng CO, độ mở cửa gió v.v của lò phân giải và tháp trao đổi nhiệt đuôi lò

- Điều khiển và khiển tra tham số nhiệt công quá trình sản xuất của áp lực, lưu lượng, độ mở của van của hệ thống cấp nước cho tháp gia ẩm đuôi lò

- Điều khiển và kiểm tra tham số nhiệt công trong quá trình sản xuất của nhiệt độ, áp lực, độ mở của gió của công đoạn hồi bụi đuôi lò

- Điều khiển và kiểm tra tham số vận hành của điện lưu, điện áp, điện trường

ba điện cao áp của hệ thống điều khiển lọc bụi tĩnh điện đuôi lò

- Điều khiển chống tắc của tháp trao đổi nhiệt

- Kiểm tra số liệu áp lực đường ống khí ra trạm khí nén

- Kiểm tra số liệu áp lực miệng nước ra của nhà bơm nước tuần hoàn

* Trạm điều khiển đầu lò:

- Điều khiển trình tự khởi động - dừng thiết bị điện truyền động của lò quay

- Điều khiển trình tự khởi động - dừng thiết bị điện khác của công đoạn trong

lò

- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành của hệ thống điều tốc trực lưu số của động cơ chính của lò quay

- Điều khiển và kiểm tra số liệu nhiệt công trong quá trình sản xuất như nhiệt

độ dầu của các công đoạn trong lò, nhiệt độ của bánh đẩy.v.v

- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn chứa than nguyên liệu

- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện chuẩn bị than bột

- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn cấp than đầu lò

- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn vận chuyển đập làm nguội clinker

- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn lọc bụi gió thừa

- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn ra liệu của silô clinker

- Điều khiển và kiểm tra lưu lượng cấp than nguyên liệu

- Điều khiển và kiểm tra số liệu nhiệt công trong quá trình sản xuất như nhiệt

độ công đoạn chuẩn bị than mịn, áp lực, tải trọng, điện lưu, độ mở của cửa gió

- Điều kiển và kiểm tra số liệu nhiệt công trong quá trình sản xuất như nhiệt

độ công đoạn cấp than đầu lò, áp lực, tải trọng, điện lưu, độ mở của cửa gió

- Kiểm tra tham số nhiệt công của quá trình sản xuất như nhiệt độ công đoạn làm nguội, nghiền, vận chuyển clinker, áp lực, vòng quay, điện lưu, độ mở của cửa gió

- Điều khiển tốc độ biến tần chuyền động hai đoạn thân ghi chính của máy làm nguội kiểu ghi

- Kiểm tra tham số nhiệt công của quá trình sản xuất như nhiệt độ công đoạn lọc bụi gió thừa, áp lực, vòng quay, điện lưu, độ mở của của gió

- Điều khiển điều tốc biến tần công đoạn ra liệu silô clinker

- khống chế điều tiết tự động cấp than đầu lò

- khống chế điều tiết tự động cấp than lò phân giải đuôi lò

* Trạm thao tác

- Sử dụng sơ đồ lưu trình công nghệ một cách hình tượng, trực quan, toàn diện, phong phú; Lưu trình công nghệ quá trình sản xuất hiển thị chia tầng, chia công đoạn, và luôn hiển thị rõ ràng trạng thái vận hành của các thiết bị điện từng công đoạn và các tham số công nghệ của dây chuyền sản xuất

- Sử dụng sơ đồ xu thế chia nhóm chỉ đạo thực tế giá trị, hiển thị chia nhóm

xu thế biến đổi có tính chất lịch sử ở từng nhóm thiết bị với các tham số tương quan giữa các nhóm trong quá trình sản xuất, chỉ đạo thao tác từng vị trí

- Sử dụng sơ đồ bảng biểu để liệt kê các tham số một cách hoàn chỉnh, trực quan; Chia trang hiển thị tham số công nghệ của lưu trình công nghệ

- Sử dụng menu dừng - khởi động thiết bị một cách rõ ràng, đơn giản, chia đoạn để thực hiện dừng - khởi động máy đơn và dừng - khởi động liên kết các thiết

bị điện, và điều khiển quá trình dừng - khởi động thiết bị, hiển thị thời gian thực chỉ thị phương thức điều khiển khởi động công đoạn

- Sử dụng menu khởi động - dừng thiết bị kiểu bật lên, thực hiện nhiệm vụ dừng - khởi động thiết bị

- Sử dụng menu mặc định tham số kiểu bật lên, trạm điều khiển thiết kế thời gian thực và giá trị các tham số điều khiển hệ số PIĐ tự động điều khiển

- Tham số công nghệ quá trình sản xuất sẽ báo động khi bị vượt giới hạn và báo động sự cố thiết bị trong quá trình sản xuất

- Hoàn thành hình thức điều khiển phức tạp ( mà trạm điều khiển PLC không thể hoàn thành được) bao gồm:

+) Điều khiển phối liệu sống

+) Điều khiển cân bằng gió máy làm nguội kiểu ghi

+) Điều khiển cấp than đuôi lò

+) Căn cứ hàm lượng CO điều khiển tự động dừng máy điện trường cao áp của lọc bụi tĩnh điện

- Báo động kịp thời khi các tham số công nghệ bị vượt và các thiết bị gặp sự

cố trong quá trình sản xuất

- Ghi nhớ toàn bộ số liệu quá trình sản xuất, bao gồm báo động và kiểm tra

số liệu tham số công nghệ

- Sử dụng menu ghi nhớ số liệu và sơ đồ xu thế, có thể dùng để phân tích sự

cố và phân tích sự thay đổi của quá trình sản xuất

- In ra báo cáo của quá trình sản xuất

* Trạm công trình sư:

- Hoàn thành những nhiệm vụ cơ bản của trạm thao tác

- Quản lý bảo dưỡng hệ thống

- Lập trình hệ thống

- Thao tác bố trí quyền hạn

- Kiểm tra dữ liệu quản lý thiết bị

* Mạng công nghiệp:

- Trao đổi các số liệu giữa cấp thao tác và cấp điều khiển

- Dự phòng hỗ trợ và cắt đổi giữa các trạm thao tác

- Phần mềm ứng dụng trạm công trình sư đến trạm thao tác, trạm điều khiển

* Điều khiển dòng:

- Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp liệu đuôi lò

- Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp than đầu lò

- Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp than lò phân giải đuôi lò

- Dòng điều khiển điều tiết tự động cửa van hồi nước tháp gia ẩm

- Dòng điều khiển điều tiết tự động phối liệu sống

Tóm lại

Trong công nghệ sản xuất xi măng có rất nhiều công đoạn có thể được tự động hoá và xây dựng thành một hệ điều khiển DCS mà trong đó phải sử dụng các thiết bị điều khiển thích hợp

Hiện nay có rất nhiều thiết bị điều khiển phục vụ cho các bài toán tự động hoá quá trình đã được sản xuất và bán ra ở rất nhiều nước, một trong những thiết bị

đó là thiết bị điều khiển khả trình PLC, thiết bị điều khiển PLC ra đời đã khắc phục được rất nhiều những nhược điểm của hệ thống điều khiển cổ điển điều khiển kiểu Rơle, bản chất của các thiết bị điều khiển PLC là một hệ vi xử lý chuyên dụng phục

vụ cho các bài toán điều khiển logíc, khác với điều khiển kiểu rơle thì thiết bị điều khiển PLC hoàn toàn có thể thu thập và lưu trữ dữ liệu, có khả năng điều khiển hệ thống trong nhà máy, hoặc điều khiển một công đoạn nào đó, việc thay đổi bài toán điều khiển hoàn toàn được thực hiện dễ dàng với việc thay đổi chương trình phần mềm trợ giúp…

Ở Việt Nam hiện nay có một số thiết bị mang tính thương phẩm cao và được

sử dụng khá nhiều, ví dụ như omron với dòng sản phẩm CPM, CQM, Siemen với dòng sản phẩm S5, S7-200, S7-300, S7-400, Mitsubishi…

Hiện nay nhà máy đã và đang sử dụng một số sản phẩm của hãng SIEMENS, một sản phẩm hiện nay đang có uy tín trên thị trường Việt Nam và quốc tế, do vậy trong phạm vi đề tài tác giả ứng dụng với sản phẩm PLC S7-300 trong sản xuất là một sản phẩm của hãng SIEMENS

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-300 2.1 Mở đầu

Ở hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất trong công nghiệp trước đây, các

hệ thống điều khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch điện tử logic kết nối với nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống

Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và có tính độc lập thì việc sử dụng các phần tử logic có sẵn liên kết cứng với nhau rất có ưu điểm về giá thành Tuy nhiên trong các hệ thống điều khiển phức tạp, nhiều chức năng thì việc cấu trúc theo kiểu liên kết cứng có nhiều nhược điểm như:

- Hệ thống cồng kềnh, đấu nối phức tạp dẫn tới độ tin cậy kém

- Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư hỏng sẽ rất khó khăn và mất nhiều thời gian nếu hệ thống là phức tạp, số lượng rơle

là lớn

Sự phát triển của máy tính điện tử, sự phát triển của tin học cùng với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động, dựa trên cơ sở tin học gắn liền với hàng loạt những phát minh liên tiếp như mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959, bộ vi xử lý - năm 1974 những phát minh đó đã đóng góp một vai trò quan trọng và quyết định trong việc phát triển mạnh mẽ kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó trong khoa học kỹ thuật như PLC, CNC

Thiết bị điều khiển khả trình PLC ra đời cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây và việc sử dụng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hóa

PLC (Programmable Logic Controler) là thiết bị điều khiển lập trình được (hay còn gọi là khả trình), cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình, PLC thực chất là một máy tính, nhưng điểm khác ở đây là nó được thiết kế chuyên cho lĩnh vực điều khiển và làm việc được trong điều kiện phức tạp với sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm, hay nói một cách khác

nó là một máy tính chuyên dụng

Đặc điểm của PLC:

- Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt độ, độ ẩm và tiếng ồn

- Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra

-Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết được các phép toán logic

Đến nay các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển rất mạnh mẽ, những người

sử dụng không cần kiến thức về điện tử cũng như kiến thức về máy tính mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất, nắm vững phương pháp lập trình để chọn thiết bị cho phù hợp là có thể đưa vào để tự động hóa dây truyền sản xuất đó

Bộ nhớ

Giao diện

đầu vào

Giao diện đầu ra

Bộ xử lý

Nguồn cung cấp

Hình 2.1 Các thành phần cơ bản của một bộ điều khiển PLC

Bộ xử lý làm việc theo tuần tự từng bước, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình và chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng

Bộ xử lý liên kết các tín hiệu lạ và thực hiện các phép tính toán rồi đưa kết quả tới đầu ra

Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ, chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan), thời gian quét phụ thuộc vào dung lương bộ nhớ, phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, phụ thuộc vào tốc độ của CPU

Chu kỳ một vòng quét trong PLC được trình bày như hình 2.2

* Bộ nguồn

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC 220v hoặc 110v (5060Hz)

thành điện áp thấp cho vi xử lý (5v hoặc 24v) và cho các modul còn lại

* Thiết bị lập trình

Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được nạp vào PLC Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc có thể là thiết bị lập trình bằng tay, có thể là máy tính cá nhân có phần mềm được cài đặt trên đó

Hình 2.2 Chu kỳ làm việc của PLC

Đưa dữ liệu tới ngoại vi

Truyền thông nội bộ Thực hiện chương trình

Nhập dữ liệu từ đầu vào

Thiết bị lập trình cầm tay chỉ có thể dùng cho những bài toán đơn giản ngắn gọn, còn với những bài toán phức tạp và số lệnh là nhiều thì phải sử dụng những máy lập trình chuyên dụng hoặc có thể sử dụng phần mềm trên máy tính cá nhân để lập trình, chương trình sau khi viết được nạp xuống PLC qua thiết bị ghép nối

* Bộ nhớ

Bộ nhớ PLC thường có các bộ nhớ như: RAM và ROM có dung lượng tùy thuộc vào thiết kế riêng của từng loại PLC, có thể phân chia bộ nhớ của PLC ít nhất thành các vùng sau:

- Bộ nhớ điều hành:

Hệ điều hành thường nằm trong vùng nhớ của ROM, do được phát triển bởi nhà sản xuất nên ít khi cần thay đổi, hệ điều hành là một chương trình ngôn ngữ máy đặc biệt để chạy PLC, nó chỉ dẫn cho vi xử lý đọc và hiểu các lệnh, các biểu tượng do người sử dụng lập trình, theo dõi mọi trạng thái vào/ra và duy trì giám sát các trạng thái hiện tại của hệ thống

-Bộ nhớ hệ thống

Khi hệ điều hành thực hiện nhiệm vụ của mình thường cần một số vùng để lưu giữ kết quả và thông tin trung gian, do đó một phần của bộ nhớ RAM được dùng cho mục đích này

*Giao diện vào/ra

Giao diện này thực hiện công việc ghép nối giữa các thiết bị công nghiệp công suất lớn với điện tử công suất nhỏ, phần lớn các PLC thực hiện với các điện áp

từ 5 15V DC (điện áp TTL và CMOS) Trong khi tín hiệu từ thiết bị vào có thể lớn hơn rất nhiều từ 24V DC đến 240V AC với dòng một vài ampe

Như vậy giao diện này là bộ ghép nối giữa mạch điện tử PLC với thế giới thực bên ngoài do đó phải đảm bảo được trạng thái tín hiệu cần thiết với tính chất cách ly, điều này cho phép PLC có thể được nối trực tiếp với các cơ cấu chấp hành, các thiết bị vào/ra

-Tín hiệu vào được cách ly nhờ linh kiện quang (hình 2.3.a)

- Tín hiệu ra được cách ly kiểu rơle và cách ly quang (hình 2.3.b,c)

Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic, ví dụ như tín hiệu vào có thể là từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào

quang điện, thiết bị ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, động cơ nhỏ

2.2.2 Cấu tạo chung của PLC

Kết cấu của PLC thường có 2 kiểu cơ bản là: kiểu modul hóa và kiểu hộp đơn

- Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa

về cấu hình, chúng được chia nhỏ thành các modul (hình 2.4), tối thiểu phải có

modul CPU, các modul còn lại là các modul nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các modul có chức năng chuyên dụng như modul mờ, modul PID chúng được gọi là các modul mở rộng, việc sử dụng các modul nào là tùy thuộc vào công việc cụ thể

- Kiểu hộp đơn thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới

dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn ( hình 2.5), bộ xử lý, bộ nhớ và các

giao diện vào/ra onboard được tích hợp trong một modul, kiểu hộp đơn vẫn có khả năng ghép nối được với các modul ngoài để mở rộng khả năng của PLC

Hình 2.4 Cấu trúc PLC kiểu modul

Nguồn CPU IM SM SM SM SM SM CP FM FM

Slot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Hình 2.5 Cấu trúc PLC kiểu hộp đơn

Công tắc nút bấm

Đèn chỉ thị Van

Mạch phối ghép

2.3 Lập trình cho PLC

2.3.1 Các phương pháp lập trình

Từ các cách mô tả hệ tự động kể trên các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các phương pháp lập trình khác nhau, các phương pháp lập trình đều được thiết kế sao cho đơn giản, gần với cách mô tả đã được biết đến

Có 3 phương pháp lập trình cơ bản là:

- STL (Statement List) ngôn ngữ liệt kê lệnh

- LAD (Ladder Logic) ngôn ngữ hình thang

- CSF (Control System Flowchart) ngôn ngữ hình khối

* Phương pháp STL

Đây là phương pháp lập trình thông thường của máy tính, một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, các lệnh được liệt kê thứ tự, để phân biệt các đoạn chương trình người ta dùng mã nhớ, khởi đầu mỗi đoạn người ta dùng lệnh khởi đầu như: LD, L, A, O

Kết thúc mỗi đoạn thường là lệnh gán cho đầu ra, đầu ra có thể là cho các thiết bị ngoại vi hay hoặc là các rơle nội

* Phương pháp hình thang LAD

Đây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều

khiển logic (hình 2.6)

Mạng Lad là đường nối

các phần tử thành một mạch hoàn

chỉnh, theo thứ tự từ trái sang phải,

từ trên xuống dưới

Một sơ đồ LAD có nhiều nấc

thang, trên mỗi phần tử của biểu đồ

hình thang LAD có các tham số xác định tùy thuộc ký hiệu của từng hãng sản xuất PLC

* Phương pháp CSF (Control System Flow)

Phương pháp lưu đồ điều khiển CSF trình bày các phép toán logic với các ký

hiệu đồ họa đã được tiêu chuẩn hóa ( hình 2.7) Phương pháp lưu đồ điều khiển

thích hợp với người đã quen với điều khiển bằng đại số Booole

So sánh các phương pháp biểu diễn:

Nhìn chung, mỗi phương pháp biểu diễn kể trên đều có khả năng riêng của

nó, tuy nhiên phương pháp STL là vạn năng hơn cả bởi vì nó có thể biểu diễn mọi lệnh trong mọi khối của các phương pháp điều khiển Trong khi 2 phương pháp CFS và LAD bị hạn chế trong một số lệnh thuộc một số khối nhất định Chương

trình được viết dưới dạng CFS hoặc LAD thì bao giờ cũng có thể chuyển sang dạng dạng STL sang dạng CFS và LAD được, ví dụ:

- Nhóm lệnh cơ bản dùng trong tất cả các loại khối và có thể được biểu diễn trong cả 3 phương pháp là STL, CFS, và LAD

- Một số nhóm lệnh hệ thống và nhóm lệnh bổ trợ chỉ được dùng trong các khối chức năng và chỉ có thể biểu diễn bằng phương pháp STL

2.3.2 Thiết bị lập trình

Để lập trình cho PLC, ta có thể lập trình trên máy lập trình chuyên dụng (được dùng cho các bài toán phức tạp, cỡ lớn), thiết bị lập trình cầm tay (dùng cho các bài toán cỡ nhỏ và trung bình) hoặc trên máy tính PC (dùng cho các bài toán cỡ trung bình, phức tạp)

Mỗi thiết bị PLC đều có một phần mềm chuyên dụng riêng biệt có thể chạy trên hệ điều hành Windown: chẳng hạn với OMRON là phần mềm syswins, s7-200

là phần mềm Microwin, s7-300, 400 là phần mềm Step 7

2.4 Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của PLC

2.4.1 Ƣu điểm

Hiện nay với sự phát triển của công nghệ điện tử đã cho phép chế tạo các hệ

xử lý tiên tiến, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điều khiển logic lập trình đã cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây Có thể liệt ra một số ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm:

- Giảm bớt được việc nối dây khi kiến tạo hệ thống, giá trị logic của nhiệm

vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây

- Tính mềm dẻo cao, trong hệ thống dùng PLC các phần tử điều khiển đã được mô tả sẵn, mối liên kết giữa các phần tử được mô tả bằng chương trình, do vậy khi cần sự thay đổi trong cấu trúc điều khiển thì chỉ cần thay đổi chương trình trong

hệ thống

- Không gian lắp đặt nhỏ hơn, PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với hệ điều khiển rơle tương đương

- Dải chức năng rộng

- Tốc độ làm việc cao

- Công suất tiêu thụ giảm

- Lắp đặt đơn giản

- Hệ thống được mở rộng theo khối

- Về giá trị kinh tế: khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập đến số lượng đầu ra và đầu vào, số lượng đầu vào/ra mà quá ít thì hệ rơle tỏ ra kinh tế hơn, những khi số lượng đầu vào/ra tăng lên thì hệ PLC sẽ kinh tế hơn hệ rơle

2.4.2 Nhƣợc điểm

Giá của các bộ điều khiển PLC hiện nay vẫn còn đắt, việc sử dụng và chọn lựa PLC phải phù hợp với từng bài toán, nếu không sẽ dẫn đến việc gây lãng phí khi đầu tư không cần thiết

có trong nó

Bộ nhớ của PLC S7 300 được chia làm 3 vùng chính như sau:

- Vùng chứa chương trình ứng dụng, được chia thành 3 miền:

+ OB (Organization Block): Miền chứa chương trình tổ chức

+ FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

+ FB (Function Block): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm, có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác

- Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm:

+ I: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số (Process image input) Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào

và cất giữ chúng trong vùng nhớ I Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm

I

+ Q: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số (Process image output) Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra

mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q

+ M: Miền các biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép (MD)

+ T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer), bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV - Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV- Current value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian

+ C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter), bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước PV, giá trị đếm thời gian tức thời CV và giá trị logic đầu ra của bộ đếm

+ PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input) Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW), hoặc theo từng từ kép (PID)

+ PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O External input) Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW), hoặc từng từ kép (PQD)

- Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại:

+ DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển Chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD)