Báo cáo hệ thống Trạm trộn bê tông ĐẦY ĐỦ chi tiết SƠ ĐỒ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA  NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG MÔ PHỎNG TRÊN PLC S71200 Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Văn Bạch Ngọc Họ và tên sinh viên: Môn học: Ngành học: Phạm Duy Hoàng – 19021596 Vũ Mạnh Cường – 19021582 Trần Hải Đăng – 19021584 Nguyễn Mạnh Toàn 19021630 Trần Văn Thịnh 19021626 Tự động hóa trong quy trình sản xuất Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa HÀ NỘI 2022  Mục lục Chương I Tổng quan về hệ thống trạm trộn bê tông 3 I.1. Lý do chọn đề tài 3 I.2. Khái niệm và thành phần 4 I.2.1. Khái niệm 4 I.2.2. Vật liệu làm bê tông 4 I.3. Tổng quan về trạm trộn bê tông 6 I.3.1. Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông 6 I.3.2 Cấu tạo chung của hệ thống 6 Chương II Phân tích công nghệ của hệ thống 8 II.1. PLC S71200 CPU 1214C ACDCRLY 8 II.1.1. Các module mở rộng (SM 1231) 10 II.1.2. Các chức năng nổi bật của PLC S7 1200 (6ES72141BG400XB0) 11 II.1.3. Ứng dụng của bộ lập trình PLC S71200 12 II.2. Nguyên lý hoạt động 12 II.3. Kiểm tra điều kiện làm việc 12 II.4. Các phần tử đóng cắt, bảo vệ, đo lường 14 II.4.1. Thiết bị bảo vệ 14 II.4.2. Thiết bị đo lường 16 II.5 Sơ đồ nguyên lý 16 II.5.1. Sơ đồ khối 16 II.5.2. Sơ đồ thuật toán 17 II.5.3. Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực 19 Chương III Mô phỏng hệ thống 25 III.1. Màn hình giám sát HMI 25 III.2. Lập trình PLC S71200 28 Chương IV Kết luận và hướng phát triển của đề tài 51 IV.1. Kết luận 51 IV.2. Hướng phát triển của đề tài 51 Tài liệu tham khảo 52 I.2. Khái niệm và thành phần I.2.1. Khái niệm Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước. Trong đó cát, đá chiếm 80% 85%, xi măng chiếm 8% 15%, còn lại là khối lượng nước. Ngoài ra còn có thêm phụ gia vào để thoả mãn yêu cầu đặt ra. Hỗn hợp vật liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông, hỗn hợp bê tông phải có độ dẻo nhất định, tạo hình và dầm chặt được dễ dàng. Cốt liệu có vai trò là bộ khung chịu lực, vữa xi măng và nước bao bọc xung quanh đóng vai trò là chất kết dính, đồng thời lấp đầy khoảng trống của cốt liệu. Khi rắn chắc, hồ xi măng kết dính các cốt liệu thành một khối đá và được gọi là bê tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. I.2.2. Vật liệu làm bê tông Để kết cấu được bê tông nhất thiết cần có các nguyên liệu sau: I.2.2.1. 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 măng được chọn phải lớn hơn mác của bê tông cần sản xuất, sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chất của nó ảnh hưởng lớn đến cường độ của bêtông. Bình 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 mức chúng 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. I.2.2.2. Cốt liệu nhỏ – 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. I.2.2.3. Cốt liệu lớn đá dăm hoặc sỏi 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. I.2.2.4. 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 giữ nước của hỗn hợp. Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước 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.

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

- -NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ

TÔNG MÔ PHỎNG TRÊN PLC S7-1200Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Văn Bạch Ngọc

Họ và tên sinh viên:

Môn học:

Ngành học:

Phạm Duy Hoàng – 19021596Vũ Mạnh Cường – 19021582Trần Hải Đăng – 19021584Nguyễn Mạnh Toàn - 19021630Trần Văn Thịnh - 19021626

Tự động hóa trong quy trình sản xuất

Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

HÀ NỘI 2022

Mục lục

Chương I Tổng quan về hệ thống trạm trộn bê tông 3

I.1 Lý do chọn đề tài 3

I.2 Khái niệm và thành phần 4

I.2.1 Khái niệm 4

I.2.2 Vật liệu làm bê tông 4

I.3 Tổng quan về trạm trộn bê tông 6

I.3.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông 6

I.3.2 Cấu tạo chung của hệ thống 6

Chương II Phân tích công nghệ của hệ thống 8

II.1 PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY 8

II.1.1 Các module mở rộng (SM 1231) 10

II.1.2 Các chức năng nổi bật của PLC S7 1200 (6ES7214-1BG40-0XB0) 11

II.1.3 Ứng dụng của bộ lập trình PLC S7-1200 12

II.2 Nguyên lý hoạt động 12

II.3 Kiểm tra điều kiện làm việc 12

II.4 Các phần tử đóng cắt, bảo vệ, đo lường 14

II.4.1 Thiết bị bảo vệ 14

II.4.2 Thiết bị đo lường 16

II.5 Sơ đồ nguyên lý 16

II.5.1 Sơ đồ khối 16

II.5.2 Sơ đồ thuật toán 17

II.5.3 Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực 19

Chương III Mô phỏng hệ thống 25

III.1 Màn hình giám sát HMI 25

III.2 Lập trình PLC S7-1200 28

Chương IV Kết luận và hướng phát triển của đề tài 51

IV.1 Kết luận 51

IV.2 Hướng phát triển của đề tài 51

Tài liệu tham khảo 52

Chương I Tổng quan về hệ thống trạm trộn bê tông

I.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta

đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự ra đời và phát triển của côngnghệ chế tạo thiết bị tự động hóa cùng với những thành tựu trong công nghệ điện tử vàcông nghệ thông tin đã cho phép các chuyên gia tích hợp hệ thống, tối ưu và tự động hóahoàn toàn Một nhà máy, một dây chuyền sản xuất hay một hệ thống tự động bất kỳ mà ở

đó con người chỉ đóng vai trò giám sát và điều khiển Nó không những làm giảm sức laođộng cơ bắp của con người mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao, vận hành linh hoạt Đó

là mô hình lý tưởng và chính là mục tiêu hướng tới của mọi giải pháp tự động hóa trongcông nghiệp

Theo thời gian cùng với sự phát triển của kinh tế thì việc đô thị hoá diễn ra ngàycàng nhanh Quá trình đô thị hóa kéo theo việc gia tăng dân số, mọc lên ngày càng nhiều,nhà cửa, đường sá, cầu cống và các công trình giao thông công cộng.Việc xây dựng cáccông trình này đòi hỏi khá nhiều thời gian và phải có độ bên cao, và bê tông là thành phần

ko thể thiếu trong các công trình này Việc ứng dụng PLC vào các trạm trộn bê tông tựđộng không những giúp cho quá trình trộn bê tông được tự động hóa, nó còn giúp chochúng ta tăng năng suất, tăng độ chính xác, đảm bảo độ bền của mẻ bê tông, tiết kiệmnhân lực Từ đó, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu và thiết kế trạm trộn bê tông tự động môphỏng trên PLC S7-1200” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Phạm Văn Bạch Ngọc

I.2 Khái niệm và thành phần

I.2.1 Khái niệm

Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước Trong đó cát, đáchiếm 80% - 85%, xi măng chiếm 8% - 15%, còn lại là khối lượng nước Ngoài ra còn cóthêm phụ gia vào để thoả mãn yêu cầu đặt ra

Hỗn hợp vật liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông, hỗn hợp bê tông phải

có độ dẻo nhất định, tạo hình và dầm chặt được dễ dàng

Cốt liệu có vai trò là bộ khung chịu lực, vữa xi măng và nước bao bọc xung quanhđóng vai trò là chất kết dính, đồng thời lấp đầy khoảng trống của cốt liệu Khi rắn chắc,

hồ xi măng kết dính các cốt liệu thành một khối đá và được gọi là bê tông Bê tông có cốtthép gọi là bê tông cốt thép

I.2.2 Vật liệu làm bê tông

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

I.2.2.1 Xi măng

Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng xen giữa các hạt cốt liệu, đồng thờitạo ra tính linh động của bê tông (được đo bằng độ sụt nón) Mác của xi măng được chọnphải lớn hơn mác của bê tông cần sản xuất, sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chấtcủa nó ảnh hưởng lớn đến cường độ của bêtông Bình thường hồ xi măng lấp đầy phầnrỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau một chút (với cự li bằng 243 lần đườngkính hạt xi măng)

Trong trường hợp này phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bê tôngkhá cao và yêu cầu cốt liệu cao hơn cường độ bê tông khoảng 1,5 lần Khi bê tông chưálượng hồ xi măng lớn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức chúng hầu nhưkhông có tác dụng tương hỗ nhau Khi đó cường độ của đá, xi măng và cường độ củavùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ bê tông nên yêu cầu cốt liệu thấphơn

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

I.2.2.2 Cốt liệu nhỏ – cát

Cát để làm bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ (0,14 - 5) mmtheo 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.

I.2.2.3 Cốt liệu lớn - đá dăm hoặc sỏi

Sỏi có mặt tròn, nhẵn, độ rộng và diện tích mặt ngoaì nhỏ nên cần ít nước, tốn ximăng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường độ bêtông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm Ngược lại đá dăm được đập vỡ có nhiều góc cạnh, diệntích mặt ngoài lớn và không nhẵn nên lực dính bám với vữa xi măng lớn tạo ra được bêtông có cường độ cao hơn Tuy nhiên mác của xi măng đá dăm phải cao hơn hay bằngmác của bê tông tạo ra hay bê tông cần sản xuất

I.2.2.4 Nước

Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảo dưỡng bêtông) 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 bêtông Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng và lượngnước do cốt liệu Lượng nước trong bê tông xác định tính chất của hỗn hợp bê tông Khilượng 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 sẽxuất hiện nước tự do, màng nước trên mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giảm xuống, độlưu động tăng thêm, lượng nước ứng với lúc bê tông có độ lưu động lớn nhất mà không bịphân tầng gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp

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

I.2.2.5 Phụ gia

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

Thông thường phụgia sử dụng có hai loại: Loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt.Phụ gia rắn nhanh thường là loại muối gốc (CaCl2) hay muối Silic Do là chất xúctác và tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của C3S và C2S mà phụ gia CaCl2 có khả năng rútngắn 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 rắnnhanh và phụ gia hoạt động bề mặt hoặc các phụ gia tăng độ bền nước.

I.3 Tổng quan về trạm trộn bê tông

I.3.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông

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 thiết cho mỗicông 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 sảnxuất bê tông và vữa xây dựng trong một dây chuyền thì có thể giảm được 32% diện tíchmặt bằng, từ 30% - 50% công nhân, từ 8% - 19% vốn đầu tư thiết bị Một nhà máy bêtông và vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông và vữa cung cấp không quá300.000 m3/năm

I.3.2 Cấu tạo chung của hệ thống

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

I.3.2.1 Bãi chứa cốt liệu

Bãi chứa cốt liệu là một khoảng đất trống dùng để chứa cốt liệu (cát, đá to đá nhỏ) ởđây 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 cũngnhư lấy cốt liệu đưa lên máy trộn

I.3.2.2 Hệ thống máy trộn bê tông

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

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

I.3.2.3 Hệ thống cung cấp điện

Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có công suất lớn vì vậy trạm trộn bê tôngcần có một hệ thống cung cấp điện phù hợp để cung cấp cho các động cơ và nhiều thiết bịkhác

Chương II Phân tích công nghệ của hệ thống

II.1 PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY

- Giới thiệu tổng quan về bộ lập trình PLC S7-1200 (6ES7214-1BG40-0XB0)

- Tính năng và dung lượng của từng dòng sản phẩm PLC S7-1200 1BG40-0XB0)

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh đểđiều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợpgiữa 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 khácnhau.

Sản phẩm PLC S7-1200

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

II.1.1 Các module mở rộng (SM 1231)

Bộ lập trình PLC S7 1200 được thiết kế linh hoạt cho phép người dùng có thể mở rộngthêm các tính năng bằng cách lắp thêm các module mở rộng Nhờ đó người dùng có thể

sử dụng được nhiều chức năng hơn từ những bộ lập trình

Thông số kỹ thuật chính của Module mở rộng I/O SM 1231 4AI SIMATIC S7-1200SIEMENS

- Tên sản phẩm: Module mở rộng I/O SM 1231 4AI SIMATIC S7-1200 SIEMENS

- Nguồn điện cung cấp: 24 V DC (20.4-28.8 V DC)

- Số lượng mở rộng đầu vào/ra: 4 AI, +/-10 V, +/-5 V, +/-2.5 V, hoặc 0-20

mA/4-20 mA, 12 bit+sign (13bit ADC)

- Số lượng ngõ vào tương tựĐiểm mạnh của module SM 1231 4AI Siemens: nhỏ gọn, đáp ứng lập trình mạnhmẽ

II.1.2 Các chức năng nổi bật của PLC S7 1200 (6ES7214-1BG40-0XB0)

Bộ lập trình S7-1200 có thể thực hiện nhiều chức năng chẳng hạn như:

- Các chức năng cơ bản như logic nhị phân, phân bổ kết quả, lưu, đếm, tạo thời gian, tải, truyền, so sánh, dịch chuyển, xoay, tạo phần bổ sung, gọi chương trình con (với các biến cục bộ)

- Các lệnh giao tiếp tích hợp (ví dụ: giao thức USS, Modbus RTU, giao tiếp hoặc Freeport)

- Các chức năng thân thiện với người dùng như điều chế độ rộng xung, chức năng chuỗi xung, chức năng số học, số học dấu phẩy động, điều khiển vòng kín PID, chức năng nhảy, chức năng vòng lặp và chuyển đổi mã

- Các hàm toán học, ví dụ: SIN, COS, TAN, LN, EXP

- Chức năng đếm thân thiện với người dùng kết hợp với bộ đếm tích hợp và các lệnh đặc biệt cho bộ đếm tốc độ cao mở ra các lĩnh vực ứng dụng mới cho người dùng

- Các ngắt được kích hoạt theo cạnh (được kích hoạt bằng cách tăng hoặc giảm các cạnh của tín hiệu quy trình trên đầu vào ngắt) hỗ trợ phản ứng nhanh chóng với các sự kiện của quy trình.

- Ngắt bộ đếm có thể được kích hoạt khi đạt đến điểm đặt hoặc khi hướng đếm thayđổi

- Ngắt giao tiếp cho phép trao đổi thông tin nhanh chóng và dễ dàng với các thiết bịngoại vi như máy in hoặc máy đọc mã vạch

II.1.3 Ứng dụng của bộ lập trình PLC S7-1200

Ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như:

- Hệ thống băng tải

- Điều khiển đèn chiếu sáng

- Điều khiển bơm cao áp

- Máy đóng gói

- Máy in

- Máy dệt

- Máy trộn v.v…

II.2 Nguyên lý hoạt động

Bãi chứa cốt liệu: Từ bãi chứa cốt liệu cát và đá Vật liệu được đưa xuống cânLoadcell chờ để tiến hành cân

Bộ phận định lượng: Phân phối liệu gồm 2 cân Loadcell và 3 cân điện tử (3 cảmbiến trọng lượng) thành phần nước, phụ gia và xi măng Việc đóng, mở các phễu đượcđiều khiển bằng các xi lanh khí nén riêng biệt Phía dưới các phễu là một thùng đáy được

mở nhờ một xi lanh khí nén lần lượt các cửa xả xuống thùng cân, sau khi cân xong thìthùng liệu được đưa xuống bồn trộn chung

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 vítxoắn hướng trục với xi lô chứa Từ miệng xi lô chứa xi măng được vận chuyển tới cânđịnh lượng rồi xả vào thùng trộn

Băng tải: Băng tải vận chuyển cốt liệu từ bãi chứa riêng biệt lên các thùng cân vàđến bồn trộn Băng tải được kéo bởi động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc có đổi nối sao– tam giác để hạn chế dòng khởi động

II.3 Kiểm tra điều kiện làm việc

Để bắt đầu một quá trình hoạt động mới, tránh trường hợp có quá trình hoạt độngtrước đó (chẳng hạn như sự cố) Trong thùng cân nước, cân phụ gia, cân xi măng, thùngtrộn vẫn chưa xả hết nguyên liệu Tại bàn điều khiển người vận hành ấn nút Reset để:

Mở cửa xả bê tông

Mở cửa xả thùng cân cát

Mở cửa xả thùng cân đá

Mở cửa xả thùng cân xi măng

Mở cửa xả thùng cân nước, phụ gia

Lúc này mới cho phép hệ thống làm việc (điều kiện làm việc “=1” ) Sau khi quátrình chuẩn bị xong Từ máy tính người vận hành nhập các thông số của mác bê tông như:khối lượng cát, đá, xi măng, nước, phụ gia, số mẻ và các dữ liệu quản lý hành chính nhưngày, giờ hoạt động

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

Nếu là chế độ tự động người vận hành nhấn nút AUTO, nếu là chế độ bằng tay thì nhấn nút MANUAL.

Chế độ điều khiển bằng tay (MANUAL)

Ở chế độ điều khiển bằng tay, hệ thống được điều khiển trên phím cứng là nút ấn ởbàn điều khiển, các công việc cân đá, cát, xi măng, phụ gia, nước có thể thực hiện nhậpbằng máy tính ở chế độ này chú yếu sử dụng cho mục đích thử sự hoạt động của các vanđiều khiển và động cơ

Chế độ điều khiển tự động (AUTOMATIC)

Trên bàn điều khiển cứng chuyển nút ấn sang chế độ điều khiển tự động, khi chuyểnsang chế độ tự động, hệ thống sẽ yêu cầu nhập mác trộn, số mẻ trộn, một mẻ trộn baonhiêu khối, thời gian trộn khô, thời gian trộn ướt chỉ khi nhập đầy đủ các thông số trên

thì hệ thống mới có thể làm việc, khi đã đầy đủ các điều kiện trên, ấn nút Auto - Start ban

đầu hệ thống sẽ tiến hành cân các thông số: Nước, Đá, Cát, Xi măng, Phụ gia

Sau khi đá,cát cân xong van cân đá sẽ xả đá và cát xuống băng tải và đưa vào gầu,sau khi đá,cát đã xả hết vào gầu, động cơ băng tải kéo gầu lên và xả vào thùng trộn, ximăng sau khi cân xong sẽ chờ đá,cát và cùng xả vào thùng trộn cùng một lúc, căn cứ vàogiá trị đặt thời gian trộn khô, sau khi chạy hết thời gian trộn khô hệ thống sẽ tiến hành mởvan cân nước và van cân phụ gia bắt đầu trộn ướt, khi hết thời gian trộn ướt van xả của

thùng trộn xả, trong quá trình trộn van đá, cát, xi măng, nước, phụ gia vẫn tiếp tục tiếnhành cân, vòng lặp cứ tiếp tục cho đến lúc trộn xong số mẻ đặt.

II.4 Các phần tử đóng cắt, bảo vệ, đo lường

II.4.1 Thiết bị bảo vệ

Các thiết bị bảo vệ khác nhau sẵn sàng bảo vệ máy phát, máy biến áp đường dâyvàthiết bị tiêu thụ lưới điện

Mục đích của các thiết bị này là phát hiện sự cố cách ly chúng khỏi lưới một cáchchọn lọc và nhanh chóng sao cho có thể hạn chế được nhiều nhất hậu quả của sự cố Vìvậy các rơ le bảo vệ cần phải tác động nhanh với độ tin cậy cao và khả năng sẵn sàng đápứng cao nhất có thể được

Cầu chì: dùng để bảo vệ cho thiết bị điện và lưới điện tránh khỏi dòng điện ngắn

mạch Cầu chảy có bộ phận chủ yếu là dây chảy Trị số mà dòng điện mà dây chảy bịchảy đứt được gọi là dòng điện giới hạn (Igh) Rõ ràng, cần có dòng điện giới hạn lớn hơndòng điện định mức (Igh >Iđm) để dây chảy không bị đứt khi làm việc với dòng điện địnhmức Thông thường, đối với dây chảy cầu chì thì: Igh= (1,25 - 1,45).Iđm

Nhược điểm: Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, dây chảy đứt, người vận hành phải thaydây chảy cầu chì do đó ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy Việc để cho ngườivận hành thay dây chảy cầu chì là tạo cho người vận hành chấp hành không đúng dẫn đếnlàm sai

Rơ le nhiệt: dùng để bảo vệ các thiết bị điện (động cơ) khỏi bị quá tải

Rơ le nhiệt có dòng điện làm việc tới vài trăm Ampe, ở lưới điện một chiều 440V vàxoay chiều tới 500V, tần số 50Hz

Trong thực tế sử dụng, dòng điện định mức của rơle nhiệt thường được chọn bằngdòng điện định mức của động cơ điện cần được bảo vệ quá tải, sau đó chỉnh giá trị củadòng điện tác động là:

Itđ= (1,2 - 1,3).Iđm

Công tắc: Là khí cụ đóng - cắt bằng tay hoặc bằng tác động cơ khí ở lưới điện hạ

áp

Việc đóng, ngắt các tiếp điểm cũng có thể theo các nguyên tắc cơ khí khác nhau

Sử dụng công tắc hành trình kiểu gạt có cần gạt với bánh xe ở đầu cần Khi bị gạt,cần gạt sẽ gạt sang trái hoặc sang phải và từ đó đóng hoặc ngắt tiếp điểm bên trong côngtắc

Nút ấn: dùng để đóng- cắt mạch ở lưới điện hạ áp Nút ấn thường được dùng để

điều khiển các rơ le, công tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ Sử dụng phổ biếnnhất là dùng nút ấn trong mạch điều khiển động cơ để mở máy, dừng và đảo chiều quay.Nút ấn cũng có kiểu hở và kiểu được bảo vệ kín để chống bụi, nước, chống nổ và

có loại có cả đèn báo để trạng thái của nút ấn

Aptomat (máy ngắt tự động): là khí cụ điện đóng mạch bằng tay và cắt mạch tự

động khi có sự cố như: quá tải, ngắn mạch, sụt áp

Kết cấu các aptomat rất đa dạng và được chia theo chức năng bảo vệ: aptomat dòngđiện cực đại, aptomat dòng điện cực tiểu, aptomat điện áp thấp

Aptomat dòng điện cực đại được dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải và ngắnmạch

Aptomat điện áp thấp dùng để bảo vệ mạch điện khi điện áp tụt thấp không đủ điềukiện làm việc hoặc khi mất điện áp

Các aptomat có thể kết hợp nhiều nguyên lý làm việc thành các aptomat vạn năng:vừa bảo vệ quá dòng hay ngắn mạch, vừa bảo vệ điện áp thấp, vừa bảo vệ quá tải

Rơle: là loại khí cụ điện tự động dùng để đóng- cắt mạch điện điều khiển hoặc mạch

bảo vệ để liên kết giữa các khối điều khiển khác nhau, thực hiện các thao tác logic theomột quá trình công nghệ

Rơle điện từ: là loại rơle đơn giản nhất và dùng rộng rãi nhất, làm việc dựa trên

nguyên lý điện từ và về kết cấu nó tương tự như công tắc tơ nhưng chiều đóng- cắt machđiện điệu khiển, không trực tiếp dùng trong mạch lực

Rơ le trung gian: khuyếch đại các tín hiệu điều khiển, nó nằm ở vị trí giữa hai rơle

khác nhau Số lượng tiếp điểm (tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường mở, tiếp điểmchuyển đổi có cực động chung) của rơle trung gian thường nhiều hơn các loại rơle khác

Rơle dòng điện: bảo vệ mạch điện khi dòng điện trong mạch vượt quá hay giảm

dưới một trị số nào đó đã được chỉnh định trong rơle

Rơle điện áp: bảo vệ các thiết bị điện khi điện áp đặt vào thiết bị tăng quá hoặc giảm

quá mức qui định Cuộn điện áp được mắc song song với mạch điện của thiết bị điện cầnbảo vệ

Rơle thời gian: Là loại rơ le tạo trễ đầu ra nghĩa là khi đầu vào có tín hiệu điều khiển

thì sau một khoảng thời gian nào đó đầu ra mới tác động (tiếp điểm rơle mới đóng hoặcmới mở)

Thời gian trễ có thể từ vài phần giây đến hàng giờ hoặc hơn nhiều

II.4.2 Thiết bị đo lường

Trong quá trình vận hành đóng cắt cần đo đạc ghi chép và đánh giá nhiều đại lượngnhư dòng điện, điện áp, công suất

Để làm được việc này hệ thống sơ cấp phải có các máy biến dòng, máy biến điện ápchúng có thể đặt trên thanh góp hoặc các nhánh, tủ điều khiển hoặc bàn điều khiển

Việc lắp các thiết bị đo lường này nhằm mục đích người vận hành có thể quan sátđược các hiển thị trên tủ điều khiển tại buồng điều khiển tại chỗ hoặc trung tâm điều

khiển, trên các đồng hồ đo như: Đồng hồ đo dòng (Ampemet), đồng hồ đo áp

(Volmet) để tránh các sự cố xảy ra như hiện tượng quá dòng, quá áp và hạn chế mức tối

đa do sự cố gây ra

II.5 Sơ đồ nguyên lý

II.5.1 Sơ đồ khối

Hệ thống được vận hành theo các khâu để đảm bảo quá trình sản xuất đáp ứng theođúng tiêu chuẩn đặt ra Trước khi vận hành, hệ thống sẽ kiểm tra các điều kiện vận hành(nếu đáp ứng tốt thì hệ thống mới được cấp điện để hoạt động và ngược lại sẽ không thểkhởi động được) Sau đó, hệ thống sẽ thực hiện khâu cung cấp nguyên liệu vào bồn trộn.Khi cấp đủ nguyên liệu động cơ sẽ hoạt động để trộn sản phẩm Bê tông thành phẩm sẽđược lấy ra để xử lý tiếp Chu trình sẽ đươc lặp lại theo theo sự điều khiển của người vậnhành/giám sát (đủ số mẻ trộn cài đặt)

Sơ đồ khối hệ thống

II.5.2 Sơ đồ thuật toán

Sơ đồ tổng quát

Sơ đồ khối chức năng chế độ Auto

Sơ đồ khối chức năng chế độ Manual

II.5.3 Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực

Đổi nối Sao - Tam giác (Y/Ä)

Phương pháp này áp dụng cho động cơ lúc làm việc bình thường dây quấn Stato đấutam giác, khi mở máy động cơ đấu sao (Y) để điện áp đặt vào mỗi pha giảm đi lần.Sau khi mở máy động cơ lại đổi nối tam giác như vậy dòng điện mở máy giảm đi lần,song mô men giảm đi 3 lần Với đặc điểm của động cơ trong hệ trạm trộn bê tông lúc khởiđộng không tải nhỏ, không cần mô men khởi động lớn và để kinh tế ta dùng phương phápđổi nối sao – tam giác (Y/Ä)

33

Sơ đồ cung cấp điện tổng

Mạch cung cấp nguồn cho hệ thống điều khiển

Từ lưới điện trung áp 35 kV qua máy biến áp 35/ 0,4 kV được cung cấp cho toàn bộ

hệ thống lưới điện của trạm trộn bê tông, được trình bày hình II.5

Yêu cầu của trạm không cần điều chỉnh tốc độ nên toàn bộ các động cơ được sửdụng trong trạm là động cơ 3 pha không đồng bộ rô to lồng sóc

Đối với động cơ có công suất lớn ta thực hiện đổi nối sao – tam giác để hạn chếdòng điện khởi động Các động cơ khác thì dùng phương pháp mở máy trực tiếp

Sơ đồ kết nối PLC

Sơ đồ mạch động lực

Sơ đồ đấu nối sao – tam giác động cơ khuấy trộn/băng tải công suất lớn

Sơ đồ điều khiển động cơ khuấy trộn/băng tải

Sơ đồ điều khiển bơm cấp nước, phụ gia, xilo xi măng

Chương III

Mô phỏng hệ thống

III.1 Màn hình giám sát HMI

Giao diện hệ thống điều khiển gồm có bảng điều khiển, bảng cài đặt chế độ vận

hành, bảng hiển thị trạng thái làm việc Ngoài ra, giao diện còn có chức năng Đồ thị và Cảnh báo để hiển thị đồ thị về sự thay đổi của khối lượng của cân và thời gian trộn, số mẻ

trộn trong quá trình vận hành