Luận văn nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -------  ------- NGUYỄN VĂN YÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ðiện khí hóa SX Nông nghiệp và Nông thôn Mã số: 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường HÀ NỘI - 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa công bố trong công trình khoa học nào trước ñó. Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Nguyễn Văn Yên Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi ñã hoàn thành luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật với ñề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống ñiều khiển trạm trộn bê tông”. Tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường ñã tận tình hướng dẫn và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn ðiện kỹ thuật – Khoa cơ ñiện, Viện sau ðại học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñọc và ñóng góp nhiều ý kiến quý báu ñể luận văn của tôi ñược hoàn chỉnh hơn. Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến Ban giám hiệu và lãnh ñạo Trường Cao ñẳng nghề Cơ ñiện Tây Bắc nơi tôi công tác ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi nhất ñể tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến bạn bè ñồng nghiệp và gia ñình ñã ñộng viên khích lệ ñể tôi hoàn thành luận văn này. Hoà Bình, ngày 10 tháng 10 năm 2011 Tác giả Nguyễn Văn Yên Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt v Danh mục hình vi MỞ ðẦU 1 1 Cơ sở lựa chọn ñề tài 1 2 Phương pháp nghiên cứu 1 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 1 4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu 2 5 Tóm tắt nội dung luận văn 2 Chương I TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 3 1.1 Giới thiệu chung về trạm trộn bê tông 3 1.1.1 Bê tông 3 1.1.2 Trạm trộn bê tông 4 1.2 Thành phần vật liệu của bê tông 11 Chương II PLC S7 – 300 CỦA HÃNG SIEMENS 13 2.1 Thiết bị ñiều khiển khả trình (PLC) 13 2.2 Cấu trúc PLC S7-300 14 2.2.1 Khái niệm PLC 14 2.2.2 Nguyên lý chung và cấu trúc bộ PLC 14 2.2.3 Hệ PLC S7 - 300 17 2.2.4 Các module của PLC S7-300 17 2.3 Phần mềm STEP-7 19 2.3.1 Step -7 ñịnh nghĩa và chức năng 19 2.3.2 Bộ chương trình Step7 chuẩn (STEP7 Standard Package) 19 2.4 Kỹ thuật lập trình 22 2.4.1 Lập trình tuyến tính 22 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. iv 2.4.2 Lập trình có cấu trúc 24 Chương III CƠ BẢN VỀ WIN CC 33 3.1 Phần mềm giám sát WinCC 33 3.2 Giao diện giám sát và ñiều khiển hệ thống trạm trộn bê tông dùng Win CC 37 Chương IV HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 38 4.1 Yêu cầu công nghệ trạm trộn bê tông 38 4.2 Sơ ñồ nguyên lý hệ thống trạm trộn bê tông 39 4.3 Chọn cấu hình PLC 42 4.4 Thiết kế sơ ñồ khối và sơ ñồ nguyên lý hệ thống ñiện 42 4.4.1 Thiết kế sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển 42 4.4.2 Thiết kế sơ ñồ nguyên lý hệ thống ñiện 45 4.5 Thiết kế chương trình ñiều khiển tự ñộng 55 4.5.1 Mô tả nhiệm vụ từng khu vực của quá trình ñiều khiển 55 4.5.2 Lưu ñồ thuật toán trạm trộn bê tông tự ñộng 58 4.5.3 Phân công ñịa chỉ ñầu vào cho PLC 59 4.5.4 Phân công ñịa chỉ ñầu ra cho PLC 59 4.5.5 Chương trình ñiều khiển trạm trộn bê tông sử dụng PLC S7-300 60 4.6 Thiết kế mô hình giám sát cho trạm trộn bê tông 60 4.6.1 Giao diện ñiều khiển, giám sát trạm trộn bê tông tự ñộng 60 4.6.2 Giao diện ñiều khiển, giám sát trạm trộn bê tông bằng tay 61 Chương V MÔ PHỎNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 62 5.1 Mô phỏng trạm trộn bê tông ở chế ñộ tự ñộng 62 5.2 Mô phỏng trạm trộn bê tông ở chế ñộ bằng tay 63 5.3 Thuyết minh nguyên lý hoạt ñộng của trạm trộn bê tông 64 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTðK: Hệ thống ñiều khiển TBðK: Thiết bị ñiều khiển Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Mô hình trạm trộn bê tông thực tế 1 2.1 Cấu trúc của một PLC 15 2.2 Hệ thống ñiều khiển có một PLC 16 2.3 Hệ thống ñiều khiển phức tạp 16 2.4 Simatic S7- 300 của Siemens 17 2.5 Sơ ñồ kết nối các module của S7-300 trên rack 19 2.6 Giao diện màn hình Simatic Manager 20 2.7 Thực hiện một chương trình tuyến tính 23 2.8 Thực hiện gọi khối FC10 25 2.9 Thực hiện gọi khối FB1 cùng với DB2 từ OB1 28 2.10 Giới thiệu B - Stack và L - Stack 32 3.1 Tạo Project mới trong Win CC 33 3.2 ðặt tên cho Project mới và ñường dẫn 34 3.3 Chọn trạm SIMATIC S7 34 3.4 Chọn kết nối cáp MPI 35 3.5 Màn hình thiết kế giao diện ñồ hoạ 36 3.6 Giao diện giám sát và ñiều khiển 37 4.1 Sơ ñồ công nghệ trạm trộn bê tông 39 4.2 Sơ ñồ nguyên lý hệ thống trạm trộn bê tông 40 4.3 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển 43 4.4 Sơ ñồ cấp nguồn cho hệ thống trạm trộn 45 4.5 Sơ ñồ ñiều khiển hệ thống van xả liệu 46 4.6 Sơ ñồ hệ thống thiết bị trạm trộn bê tông 47 4.7 Sơ ñồ nối dây ñộng cơ trộn 48 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. vii 4.8 Sơ ñồ nối dây của ñộng cơ băng tải, ñộng cơ rung xả cốt liệu, ñộng cơ vít tải xi măng, ñộng cơ rung xả xi măng 49 4.9 Sơ ñồ nối dây của ñộng cơ bơm nước, ñộng cơ bơm phụ gia, ñộng cơ máy nén khí 50 4.10 Ghép nối loadcell với module SM331 52 4.11 Hàm FC105 53 4.12 Sơ ñồ nối dây ñầu vào, ra PLC 54 4.13 Phân chia khu vực ñiều khiển 56 4.14 Lưu ñồ thuật toán trạm trộn bê tông tự ñộng 58 4.15 Giao diện giám sát trạm trộn bê tông tự ñộng 60 4.16 Giao diện giám sát trạm trộn bê tông bằng tay 61 5.1 Giao diện mô phỏng chế ñộ trộn bê tông tự ñộng 62 5.2 Giao diện mô phỏng chế ñộ trộn bê tông bằng tay 63 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 1 MỞ ðẦU 1. Cơ sở lựa chọn ñề tài Ngày nay sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và ñiều khiển tự ñộng nói riêng ñã ñạt ñược những thành tựu rực rỡ và ñã làm thay ñổi bộ mặt của thế giới. Trong ñó công nghệ ñiều khiển tự ñộng ñã phát triển vượt bậc và ñã ñóng góp, phục vụ cho nhiều ngành, ñặc biệt là những ñóng góp cho công nghiệp. Hệ thống ñiều khiển tự ñộng trong các qui trình công nghệ ñóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao chất lượng của sản phẩm, nâng cao năng suất lao ñộng và giảm chi phí sản xuất. Công nghệ chế tạo thiết bị ñiều khiển tự ñộng phát triển mạnh và tạo ra ñược nhiều thiết bị hiện ñại thuận tiện cho người sử dụng. Thiết bị ñiều khiển khả trình PLC là một trong những thiết bị ñấy ñang ñược ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp. Các công trình xây dựng ñang ñòi hỏi rất nhiều loại bê tông có chất lượng cần thiết. Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng PLC trong hệ thống ñiều khiển các trạm trộn bê tông là rất cần thiết. Xuất phát từ yêu cầu ñó, ñược sự ñịnh hướng, chỉ dẫn của PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường - Bộ môn ðiều khiển tự ñộng - Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội và các thầy, cô Bộ môn Kỹ thuật ñiện thuộc Khoa Cơ ðiện Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội, em ñã lựa chọn ñề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống ñiều khiển trạm trộn bê tông” 2. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc trạm trộn và hệ thống ñiều khiển trạm trộn bê tông - Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống trạm trộn bê tông. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài Về khoa học: Luận văn góp phần tổng hợp và mô phỏng hệ thống ñiều khiển trạm trộn bê tông phổ biến hiện nay. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 2 Về thực tiễn: Với kết quả thu ñược của ñề tài ñã góp phần: Tổng hợp, mô phỏng ñiều khiển, giám sát hệ thống trạm trộn bê tông. 4. Phạm vi và nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu chính của luận văn ñề cập ñến những vấn ñề sau: - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống trạm trộn bê tông, PLC và Win CC - Thiết kế hệ thống ñiều khiển, giám sát trạm trộn bê tông. - Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống ñiều khiển trạm trộn bê tông. 5. Tóm tắt nội dung luận văn Chương 1: “Tổng quan hệ thống trạm trộn bê tông ”. Chương này tập trung nghiên cứu về: Quy trình công nghệ, trang thiết bị của hệ thống trạm trộn bê tông. Chương 2: “PLC S7 – 300 của hãng Siemens”. Chương này tập trung nghiên cứu về cấu trúc PLC S7 – 300; Phần mềm Step 7; kỹ thuật lập trình. Chương 3: “Cơ bản về Win CC”. Chương này tập trung nghiên cứu về các chức năng cơ bản, truyền trông trong môi trường Win CC. Chương 4: “ Hệ thống ñiều khiển và giám sát”. Chương này tập trung nghiên cứu về hệ thống ñiều khiển và hệ thống giám sát của trạm trộn bê tông. Chương 5: “Mô phỏng trạm trộn bê tông”. Chương này tập trung mô phỏng hệ thống trạm trộn bê tông. Phần kết luận và kiến nghị: Tóm tắt nội dung chính luận văn ñã giải quyết. . Nghiên cứu, thiết kế hệ thống ñiều khiển trạm trộn bê tông 2. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc trạm trộn và hệ thống ñiều khiển. trạm trộn bê tông 39 4.2 Sơ ñồ nguyên lý hệ thống trạm trộn bê tông 40 4.3 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển 43 4.4 Sơ ñồ cấp nguồn cho hệ thống trạm trộn