Ứng dụng PLC s7 200 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động

LỜI NĨI ĐẦU Hiện cơng nghiệp đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, cơng nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Điều khẳng định chiến lược phát triển tồn diện khoa học cơng nghệ, đồng thời từ có nhìn tổng quan hơn, bao quát hơn, hướng đến phát triển toàn diện lĩnh vực nhằm theo kịp phát triến nước khu vực Từ áp dụng biện pháp công nghệ, thành đạt ứng dụng vào phát triển công nghiệp cách hiệu Hiện Việt Nam nước đà phát triển, cơng trình nhà máy, giao thông, nhà dần xây dựng lên nhiều Vì việc cần dùng đến bê tông làm nguyên liệu cần thiết Nhưng tất khâu đong, trộn, vận chuyển gặp nhiều khó khăn Khó khăn thời gian, nhân cơng, dẫn đến chậm tiến trình hồn thành cơng việc Vì muốn thay đổi vấn đề trước tiên phải đổi tư lao động, thay biện pháp sản xuất thủ công thành sản xuất tự động điều khiển, giám sát trình đong, trộn bê tông việc làm cấp bách Do để khắc phục khó khăn trên, bắt kịp với nhu cầu thị trường nâng cao kiến thức thực tế thân em xin chọn đề tài “ Thiết kế mô máy trộn bê tông điều khiển PLC S7 - 200 ” làm khóa luận tốt nghiệp Hiện nước giới sử dụng hệ thống điều khiển tự động trạm trộn bê tông rộng rãi trạm trộn bê tông CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG VÀ PLC S7-200 1.1 Ứng dụng hệ thống trạm trộn bê tông điều khiển PLC nƣớc 1.1.1 Ứng dụng trạm trận bê tơng điều khiển PLC nước ngồi Ở nước phát triển hệ thống trạm trộn bê tông điều khiển PLC sử dụng lắp đặt rộng rãi Hình 1.1.Hệ thống trạm trộn bê tông 1.1.2 Ứng dụng trạm trộn bê tông nước - Trước công nghiệp nước ta lạc hậu, kinh tế yếu kém, sản xuất thường dùng thủ cơng chủ yếu Các cơng trình giao thông chưa đổi mới, nhà máy chưa mở nhiều, nên việc sử dụng đến bê tông chưa nhiều, chủ yếu tự sức người trộn bê tơng dùng máy nhỏ để trộn Hình 1.2.Máy trộn bê tông nhỏ - Vài năm gần thời buổi hội nhập nên công nghiệp nước ta phát triển, giao thông quan tâm, nhà máy cơng trình, nhà mọc lên nhiều nên việc sử dụng bê tông cần thiết - Tuy nhu cầu sử dụng việc điều khiển trạm bê tông lớn chưa bắt kịp với công nghệ để thiết kế nên máy móc cịn phải nhập từ nước ngồi  Nhìn chung việc xây dựng trạm trộn bê tông tự động nước ta chưa cao, dẫn đến hiệu chung chưa cao Vì nước ta cần nghiên đầu tư nhiều vào tự động hóa Xây dựng trạm trộn bê tơng tự động mang lại nhiều hiệu Năng suất chất lượng bê tông đạt mức cao, giá thành giảm, dùng đến sức lực nhân công… Đẩy mạnh chun mơn hóa, đưa đất nước phát triển theo đường cơng nghiệp hóa- tự động hóa  Để bắt kịp xu công nghệ, nhu cầu thị trường nước nhằm nâng kiến thức thân, em chọn đề tài “Thiết kế mô máy trộn bê tơng điều khiển PLC” làm khóa luận tốt nghiệp 1.2 Giới thiệu S7-200 PLC viết tắt Programmable Logic Control, thiết bị điều khiển Logic lập trình hay khả trình, cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Hình 1.3 PLC S7-200 S7-200 thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu modul modul mở rộng Các modul sử dụng cho ứng dụng lập trình khác Thành phần S7-200 khối vi xử lý CPU212 CPU214 Với phát triển ngày nhanh chóng Siemens cho đời them khối vi xử lý khác CPU221, CPU222, CPU223, CPU224, CPU225,CPU226 CPU dùng cho S7300,… với tính hữu ích - CPU212 có cổng vào, cổng có khả mở rộng them modul mở rộng - CPU214 có 14 cổng vào 10 cổng có khả mở rộng thêm modul mở rộng S7-200 có nhiều modul mở rộng khác Song CPU xây dựng sau thường dựa tảng CPU212 CPU214 phát triển lên Nên phần tìm hiểu em khảo sát chủ yếu CPU2121 CPU214 Hình 1.4 Modul phía sau Simatic Hình 1.5 Sơ đồ Modul CPU 1.2.1 Cấu trúc CPU212 bao gồm: - 512 từ đơn (Word) để lưu chương trình thuộc miền nhớ ghi/đọc không bị liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng gọi vùng nhớ Nonvolatile - 512 từ đơn để lưu liệu có 100 thuộc vùng nhớ ghi/đọc thuộc miền Non-volatile - cổng vào logic cổng logic ghép nối thêm modul để mở rộng thêm cổng logic vào - Tổng số cổng vào cực đại 64 cổng vào 64 cổng - 64 tạo thời gian trễ, có timer có độ phân giải 1ms, timer có độ phân giải 10ms, 54 timer có độ phân giải 100ms - 64 đếm chia làm loại, loại đếm lên (CTU), loại vừa đếm lên vừa đếm xuống (CTUD) - 386 bit nhớ đặc biệt dùng làm bit trạng thái bit đặc chế độ làm việc - Có chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian ngắt báo hiệu đếm tốc độ cao (2kHz) Dữ liệu không bị khoảng thời gian 50 kể từ PLC bị điện 1.2.2 Cấu trúc CPU214 bao gồm: - 2018 từ đơn (word) để lưu chương trình thuộc miền nhớ đọc/ghi khơng bị liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng nhớ gọi vùng nhớ Non-volatile - 2018 từ đơn để lưu liệu, có 512 từ nhớ đầu đọc/ghi thuộc miền Non-volatile - 14 cổng vào logic 10 cổng logic, ghép nối thêm modul để mở rộng số cổng vào - Tổng số cổng vào cực đại 64 cổng vào 64 cổng - 128 tạo thời gian trễ, có Timer có độ phân giải ms,16 Timer có độ phân giải 10 ms 108 Timer có độ phân giải 100 ms - 128 đếm (Counter) chia làm loại, loại đếm tiến (CTU) loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi (CTUD) - 688 bit nhớ đặc biệt dùng làm bit trạng thái bit đặt chế độ làm việc - Có chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian ngắt báo hiệu đếm tốc độ cao (2kHz) (7kHz) - phát xung cho dãy xung kiểu PTO kiểu PWM - điều chỉnh tương tự Dữ liệu không bị khoảng thời gian 190 kể từ PLC bị điện 1.2.3 Mô tả đèn báo PLC S7-200: - Đèn đỏ SF: đèn sáng PLC làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc - Đèn xanh RUN: đèn xanh sáng định PLC chế độ làm việc - Đèn vàng STOP: đèn sáng thông báo PLC trạng thái dừng Dừng tất chương trình thực - Đèn xanh Ix.x : đèn sáng báo hiệu trạng thái tín hiệu cổng vào mức logic ngược lại mức logic - Đèn xanh Qx.x : đèn sáng báo hiệu trạng thái tín hiệu theo giá trị logic cổng mức logic 1, ngược lại mức logic 1.2.4 Cổng truyền thông: - Chân 1: nối đất - Chân 2: nối nguồn 24VDC - Chân 3: truyền nhận liệu - Chân 4: không sử dụng - Chân 5: đất - Chân 6: nối nguồn 5VDC - Chân 7: nối nguồn 24VDC - Chân 8: Truyền nhận liệu - Chân 9: không sử dụng 1.2.5 Các ưu điểm PLC so với mạch điện đấu dây tuý: - Kích cỡ nhỏ - Thay đổi thiết kế dễ dàng nhanh có u cầu kỹ thuật,qui trình cơng nghệ - Có chức chẩn đốn lỗi ghi đè - Các ứng dụng S7-200 dẫn chứng tài liệu - Các ứng dụng phân bố nhân nhanh chóng thuận tiện S7- 200 điều khiển hồng loạt ứng dụng khác tự động hố.Với cấu trúc nhỏ gọn,có khả mở rộng, giá rẻ tập lệnh Simatic mạnh S7-200 lời giải hoàn hảo cho toán tự động hoá vừa nhỏ Ngồi S7-200 cịn có ưu điểm sau : - Cài đặt, vận hành đơn giản - Các CPU sử dụng mạng,trong hệ thống phân tán sử dụng đơn lẻ - Có khả tích hợp qui mơ lớn - Ứng dụng cho điều khiển đơn giản phức tạp - Truyền thơng mạnh Hình 1.6 Cấu tạo PLC 1.2.6 Cấu trúc nhớ Phân chia nhớ Bộ nhớ S7- 200 chia thành vùng với tụ có nhiệm vụ trì liệu khoảng thời gian định nguồn cung cấp Bộ nhớ có tính động cao, đọc ghi toàn vùng, loại trừ phần bit nhớ đặc biệt O vùng nhớ gồm: - Vùng chƣơng trình: miền nhớ sử dụng để lưu giữ lệnh chương trình Vùng thuộc kiểu non-volatile - Vùng tham số: miền lưu giữ tham số như: từ khố, địa trạm…Nó thuộc kiểu non-volatile - Vùng liệu: miền nhớ động, truy cập theo bit, byte, từ đơn từ kép Được dùng để lưu trữ thuật toán, hàm truyền thông, lập bảng , hàm dịch chuyển, xoay vòng ghi, trỏ địa Vùng liệu chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với chức khác - Vùng đối tƣợng: sử dụng để lưu trữ cho đối tượng lập trình giá trị tức thời, giá trị đặt trước đếm, hay Timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm ghi Timer, đếm, đếm tốc độ cao, đệm vào/ra tương tự ghi Accumulator(AC) - Vùng đối tượng phân thành nhiều vùng nhỏ 1.2.7 Thực chương trình PLC S7-200 PLC thực chương trình theo chu trình lặp Mỗi chu trình gọi vòng quét (scan) Mỗi vòng quét giai đoạn đọc liệu từ cổng vào vùng đệm ảo, giai đoạn thực chương trình Trong vịng qt chương trình thực lệnh kết thúc lệnh kết thúc (MEND) Sau giai đoạn thực chương trình giai đoạn truyền thông nội kiểm lỗi Vòng quét kết thúc giai đoạn chuyển nội dung từ đệm ảo tới cổng - Trong trình thực chương trình gặp lệnh vào hệ thống dừng tất công việc thực hiện, chương trình xử lý ngắt để thực lệnh cách trực tiếp với cổng vào - Các chương trình xử lý ngắt thực vịng qt xuất tín hiệu báo ngắt xảy điểm vịng qt 1.2.8 Cấu trúc chương trình PLC S7-200 Các chương trình PLC S7-200 có cấu trúc bao gồm chương trình (main program) sau đến chương trình chương trình xử lý ngắt - Chương trình kết thúc lệnh kết thúc chương trình MEND - Chương trình phận chương trình viết sau lệnh kết thúc chương trình - Chương trình xử lý ngắt phận chương trình Nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình 10 - Lƣu đồ thuật tốn Start Mác Mác Bồn cân định lượng Mở xilanh bồn cân 30 Mác Đóng xilanh bồn cân delay Mở xilanh chứa cát Đóng xilanh chứa cát Định lượng Mở xilanh chứa đá Đóng xilanh chứa đá Định lượng Mở xilanh chứa xi măng 31 Định lượng Đóng xilanh chứa xi măng Bồn trộn Mở xilanh bồn trộn Mở xilanh bồn cân delay Đóng xilanh bồn trộn delay Đóng xilanh bồn cân Mở motor bồn trộn Tắt motor bồn trộn delay 32 3.2 Các địa chỉ: 3.2.1 Các địa ngõ vào: STT 10 11 12 13 14 3.2.2 Các địa ngõ ra: Địa Chỉ I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 Tên START VALE1 VALE2 VALE3 VALE4 VALE5 STOP MOTOR RESET AUTO MANUAL MÁC MÁC MÁC STT 3.3 Hệ thống điều khiển ĐỊA CHỈ Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.0 TÊN XILANH CÁT XILANH ĐÁ XILANH XI MĂNG XILANH BỒN CÂN XILANH BỒN TRỘN MOTOR Hệ thống điều khiển có hai chế độ hoạt động + Bằng tay: Khi hoạt động người điều khiển phải ấn nút bàn điều khiển Hệ thống hoạt động rời rạc, đòi hỏi thao tác phải cẩn thận không nhầm lẫn + Tự động: Khi chọn chế độ này, người điều khiển không cần phải làm gì, tất PLC lập trình làm sẵn So với chế độ tay chế độ tự động có ưu điểm vượt trội, địi hỏi lập trình cần xác khâu liên kết logic trình hoạt động đạt suất 33 3.4 Lập trình PLC S7-200 step  Network 1: chƣơng trình điều khiển trạm trộn tự động  Network 2: 34  Network 3: nạp khổ liệu mác xi măng vào chƣơng trình điều khiển 35  Network 4: 36  Network 5:  Network 6: so sánh giá trị bồn cân đổ cát xuống 37  Network 7: so sánh giá trị bồn cân đổ đá xuống  Network 8: so sánh giá trị bồn cân đổ xi măng xuống  Network 9: so sánh giá trị bồn cân xả xi măng xuống bồn trộn  Network 10: bắt đầu đổ cát xuống bồn trộn 38  Network 11: giá trị cát đủ bắt đầu đổ đá xuống bồn trộn  Network 12: giá trị đá đủ bắt đầu đổ xi măng xuống bồn trộn  Network 13: xả nguyên liệu từ bồn cân xuống bồn trộn 39  Network 14: nguyên liệu đƣợc xả hết, động trộn bắt đầu trộn nguyên liệu  Network15: cài đặt thời gian trộn nguyên liệu  Network 16: trộn xong động dừng, bồn trộn bắt đầu xả nguyên liệu 40  Network 17: cài đặt thời gian xả nguyên liệu khỏi bồn trộn  Network 18: đóng bồn trộn nguyên liệu đƣợc xả xong  Network 19:chƣơng trình điều khiển trạm trộn tay  Network 20: 41 42  Network 21: 3.5 Kết mô Sau thiết kế giao diện trạm trộn đặt biến(tag) kết nối xong, bắt đầu mô giao diện thấy: - Khi ấn nút Start động vít tải xiên tải xi măng tới thùng trộn chính, động kéo vật liệu(cát + đá+xi măng) lên đổ vào thùng trộn, lúc động thùng trộn hoạt động trộn khơ,khi bắt đầu trộn khơ vít tải xiên dừng xe xuống Sau thời gian động bơm nước bơm phụ gia hoạt động, động thùng trộn tiếp tục trộn ướt Trộn ướt xong bắt đầu xả bê tơng tươi từ thùng trộn xuống xe tải vận chuyển - Khi ấn nút Stop thi toàn hệ thống trạm trộn dừng - Khi có cố có tín hiệu từ đèn báo cố 43 KẾT LUẬN Dưới hướng dẫn nhiệt tình giảng viên TRẦN KIM KHUÊ thầy giáo mơn tự động hóa, đến em hoàn thành đồ án em với đề tài “ Ứngdụng PLC S7-200 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động” Đây chương trình kết nối phần cứng PLC với máy tính, hạn chế kiến thức nên đồ án nhiều chỗ chưa đầy đủ cụ thể em chưa đề cập sâu Em mong đóng góp ý kiến thầy giáo để đồ án em hoàn thiện đầy đủ Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TRẦN KIM KHUÊ nhiệt tình giúp đỡ em, thầy cô giáo mơn giúp đỡ em hồn thành đồ án này! 44 ... THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG VÀ PLC S7- 200 1.1 Ứng dụng hệ thống trạm trộn bê tông điều khiển PLC ngồi nƣớc 1.1.1 Ứng dụng trạm trận bê tơng điều khiển PLC nước Ở nước phát triển hệ thống trạm trộn bê. .. lượng  Vì việc ứng dụng PLC vào trạm trộn bê tông việc cần thiết tự động hóa nước ta - Thiết kế, điều khiển giám sát hệ thống trộn bê tông tự động sử dụng PLC - Thiết kế, mô ,điều khiển giám sát,... KHUÊ thầy cô giáo môn tự động hóa, đến em hồn thành đồ án em với đề tài “ Ứngdụng PLC S7- 200 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động? ?? Đây chương trình kết nối phần cứng PLC với máy tính, hạn