THIET KE TRAM TRON DUNG s7300 VA WINCC

MỤC LỤCLời nói đầuChương 1. Giới thiệu về Công Ty và công nghệ điều khiển trạm trộn bê tông 31.1. Vị trí địa lý và nhiệm vụ của công ty31.2. Đặc điểm công nghệ của trạm trộn bê tông tươi tự động71.3. Giới thiệu một số bộ phận trong trạm trộn bê tông9Chương 2. Lựa chọn thiết bị điều khiển cho trạm trộn bê tông tươi122.1. Simatic S7300 12 2.2. Loadcell152.3. Van điện từ232.4. Công tắc hành trình242.5. Động cơ điện26Chương 3. Thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC S7300 cho trạm trộn bê tông27 3.1. Xây dựng sơ đồ điện cho hệ thống trạm trộn bê tông273.2. Nguyên lý vận hành383.3. Lưu đồ thuật toán393.4. Phân công giá trị đầu vàoRa42Chương 4. Mô phỏng hệ thống trạm trộn bê tông bằng giao diện WinCC434.1 Giới thiệu về WinCC434.2. Cách ghép nối WinCC với S7300444.3. Giao diện mô phỏng trạm trộn bê tông tươi bằng Wincc444.4. Kết quả mô phỏng trạm trộn bằng Wincc47Kết luận48Tài liệu tham khảo49Phụ lục

MỤC LỤC Lời nói đầu

Chương 1 Giới thiệu về Công Ty và công nghệ điều khiển trạm trộn bê tông 3

1.1 Vị trí địa lý và nhiệm vụ của công ty 3

1.2 Đặc điểm công nghệ của trạm trộn bê tông tươi tự động 7

1.3 Giới thiệu một số bộ phận trong trạm trộn bê tông 9

Chương 2 Lựa chọn thiết bị điều khiển cho trạm trộn bê tông tươi 12

2.1 Simatic S7-300 12

2.2 Loadcell 15

2.3 Van điện từ 23

2.4 Công tắc hành trình 24

2.5 Động cơ điện 26

Chương 3 Thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC S7-300 cho trạm trộn bê tông 27

3.1 Xây dựng sơ đồ điện cho hệ thống trạm trộn bê tông 27

3.2 Nguyên lý vận hành 38

3.3 Lưu đồ thuật toán 39

3.4 Phân công giá trị đầu vào/Ra 42

Chương 4 Mô phỏng hệ thống trạm trộn bê tông bằng giao diện WinCC 43

4.1 Giới thiệu về WinCC 43

4.2 Cách ghép nối WinCC với S7-300 44

4.3 Giao diện mô phỏng trạm trộn bê tông tươi bằng Wincc 44

4.4 Kết quả mô phỏng trạm trộn bằng Wincc 47

Kết luận 48

Tài liệu tham khảo 49

Phụ lục 50

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta trong quá trình phát triển với nền kinh tế thế giới.Điều này đòi hỏicác xí nghiệp không ngừng nâng cao sản xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm để Cóthể cạnh tranh và có chỗ đứng trên thị trường.Để làm được điều này các nhà máy xínghiệp ngoài việc cải cách lại cơ cấu thì việc đổi mới dây chuyền là hết sức cầnthiết.Vì thế tự động hóa đã áp dụng hầu hết trong các dây chuyền sản xuất của các nhàmáy xí nghiệp

Với kiến thức sau năm năm học.Em được phân công về Công ty Xây LắpThương Mại Hải Phòng để thực tập tốt nghiệp Sau thời gian thực tập tại công ty với

sự nhiệt tình của tuổi trẻ cùng với sự chỉ bảo tận tình các thầy cô trong bộ môn TựĐộng Hóa cùng với sự giúp đỡ của các phòng ban Công ty Xây Lắp Thương Mại HảiPhòng đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này.Với kiến thức được trang bị trong nhàtrường,trong tài liệu thu được,cùng với tài liệu tham khảo

Đồ án của em đã được hoàn thành với đề tài: Ứng dụng PLC S7-300 để điều khiển trạm trộn bê tông tươi tự động.

Đồ án của em gồm 5 chương:

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về Công Ty và công nghệ điều khiển trạm trộn

bê tông tươi tự động của Công Ty

Chương 2 Lựa chọn thiết bị điều khiển cho trạm trộn bê tông tươi.

Chương 3 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động bằng PLC S7-300 cho trạm trộn Chương 4 Mô phỏng hệ thống trạm trộn bê tông bằng giao diện WinCC.

Do thời gian giới hạn nên trong quá trình hoàn thành em không tránh khỏi saisót, em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô trong bộ môn và các bạn Xincảm ơn

Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY VÀ CÔNG NGHỆ TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI

1.1 Vị trí địa lý và nhiệm vụ của công ty

1.1.1 Vị trí địa lý

Công ty Xây lắp Thương mại Hải Phòng được xây dựng trên nền đất của công

ty xây dựng Hùng Vương thuộc, quận Hồng Bàng thành phố Hải Phòng cách trungtâm thành phố Hải Phòng 5km về phía nam.Với diện tích khoảng 30.000m2 công tyngày càng phát triển lớn mạnh

A Đặc điểm địa lý và địa hình

Phía đông: Là đường Hùng Vương (hay đường Năm cũ)

Phía tây : Cách đường năm nới 1 km

Phía nam : Cạnh doanh trại quân đội

Phía bắc : Giáp Công ty LILAMA

Đặc điểm của công ty rất thuận lợi cho việc phân phối sản xuất cũng như việclập nguyên liệu

B Đặc điểm khí hậu

- Nhiệt độ trung bình của không khí 240C

- Nhiệt độ cực đại trung bình của không khí khoảng 310C

- Nhiệt độ cực tiểu trung bình của không khí khoảng 310C

- Nhiệt độ cực đại tuyệt đối của không khí 400 C

- Nhiệt độ cực tiểu của không khí 30C

- Độ ẩm trung bình của không khí hàng năm khoảng 84%

- Độ ẩm trung bình thấp nhất của không khí hàng năm 12%

1.1.2 Quá trình hình thành và phát triển

A Mục đích thành lập

Xuất phát từ nhu cầu xây dựng của các công trình xây dựng dân dụng và côngnghiệp, xuất phát từ nhu cầu đòi hỏi các loại vật liệu xây dựng mới đáp ứng các tiêuchuẩn chất lượng về trộn bê tông, Tổng Công ty Xây lắp Thương mại Hải Phòng đãthành lập Xí nghiệp gạch Lock và vật liệu xây dựng

B Quá trình phát triển của Xí nghiệp

Kể từ khi thành lập tới nay, xí nghiệp phát triển liên tục với doanh số năm naycao hơn năm trước Khi mới đưa vào sản xuất do chưa có sự mở rộng nên trạm trộnhoạt động với năng suất chưa cao nhưng cho tới nay trạm đã hoạt động liên tục donhiều công trình đặt trộn và doanh thu liên tục gia tăng

1.1.3 Cơ cấu tổ chức của Xí nghiệp

A Mô hình cơ cấu tổ chức

Hình 1.1 Mô Hình cơ cấu tổ chức

B Chức năng của từng bộ phận quản lý

PhòngKếToán

PhòngKĩThuật

PhòngCôngNghệ

PhòngThịTrường

Phòng

Dự ÁnĐầu Tư

- Giám đốc xí nghiệp chịu trách nhiệm quản lý chung toàn xí nghiệp, chịu tráchnhiệm trước giám đốc Công ty giao cho hàng năm,cá khoản ngân vụ tài chính phải nộpcho Công ty cũng như trách nhiệm đối với đời sống của công nhân trong xí nghiệp.

- Phó giám đốc nhân sự chịu trách nhiệm trước giám đốc xí nghiệp về kế hoạchnhân sự, như sắp xếp nhân sự vào các bộ phận sản xuất cũng như việc lo chế độ chínhsách đối với người lao động trong xí nghiệp

- Kế toán trưởng chịu trách nhiệm trước giám đốc xí nghiệp về kế hoạch ngânsách của xí nghiệp như dự trừ chi phí sản xuất hàng năm thực hiện nghĩa vụ tài chínhđối với nhà nước cũng như công ty, cân đối ngân sách thu chi, hach toán lỗ lãi của hoạtđộng sản xuất kinh doanh của xí nghiệp

- Phó giám đốc kinh doanh chịu trách nhiệm trước giám đốc xí nghiệp về hoạtđộng kinh doanh của xí nghiệp,như xây dựng kế hoạch tiêu thụ hàng năm, xây dựng kếhoạch mở rộng thị trường,cũng như việc đề ra các kế hoạch cạnh tranh với các doanhnghiệp khác trên thị trường

- Phó giám đốc kỹ thuật chịu trách nhiệm về sửa chữa,thay đổi cải tiến kỹ thuậtcác thiết bị của xí nghiệp như nâng cấp các thiết bị, thay đổi công nghệ cho phù hợpvới điều kiện thực tế của xí nghiệp nhằm mang lại hiệu quả cao nhất, tăng năng suấtlao động, giảm chi phí sản xuất,nghiên cứu các sản phẩm mới nhu cầu thị trường

- Phòng nhân sự chịu trách nhiệm quản lý nhân sự, trách nhiệm về các chínhsách bảo hiểm xã hội y tế cũng như trợ cấp cho người lao động trong xí nghiệp

- Phòng tổng hợp chịu trách nhiệm giải quyết vấn đề chung của xí nghiệp nhưcung ứng cải tạo thiết bị ban phòng, mua bán vật tư văn phòng,ban hành các văn bảnquyết định của giám đốc xí nghiệp chịu trách nhiệm thông tin tuyên truyền của côngty

- Phòng kế toán chịu trách nhiệm trước giám đốc xí nghiệp về thu chi ngânsách, về thu hồi công nợ,lo chi phí sản xuất cũng như các khoản nghĩa vụ tài chính đốivới cấp trên và người lao động trong xí nghiệp

- Phòng kĩ thuật chịu trách nhiệm xây dựng các chỉ tiêu kĩ thuật, định mức vật

tư sản xuất, cải tiến công nghệ, nâng cao tính năng của thiết bị, dự trù vật tư phụ tùng thaythế

- Phòng công nghệ chịu trách nhiệm nghiên cứu, thay đổi công nghệ, tung ra thịtrường các sản phẩm mới phù hợp với thị hiếu khách hàng nhưng phải đảm bảo hiệuquả kinh tế, như điều kiện chi phí sản xuất

- Phòng thị trường chịu trách nhiệm trực tiếp với phó Giám đốc thị trường vềcác hoạt động tiêu thụ sản phẩm, tăng doanh số bán ra, giảm thiểu chi phí lưu thông,xây dựng các kế hoạch cạnh tranh về số lượng, giá cả về quảng cáo trên thị trường

- Phòng đầu tư chịu trách nhiệm xây dựng các dự án đầu tư có tính khả thinhất,mang lại hiệu quả cao nhất, như các chiến lược đầu tư xây dựng ngân sách, đầu tưcũng như triển khai hoạt động đầu tư

1.1.4 Nguồn điện cấp cho xí nghiệp

Xí nghiệp dùng nguồn điện lưới quốc gia đi qua trạm hạ thế của xí nghiệp vớicông suất 736KVA do Liên Xô sản xuất Trạm hạ thế này cung cấp nguồn điện cho 3dây, thiết bị sử dụng điện ba pha đó là:

+ Dây chuyền trạm trộn bê tông tươi Lorev Do ITALIA sản xuất Trạm có côngsuất hoạt động là 120m3/h Đây là đây truyền hiện đại ở Hải Phòng, dây chuyền làmviệc tự động hóa từ khâu đầu sản xuất cho đến khi ra sản phẩm

+ Dây chuyền trạm trộn bê tông tươi Kabag do cộng hòa Liên bang Đức sảnxuất với công suất hoạt động là 110m3/h

+ Dây chuyền sản xuất gạch Block do công ty Masa - Handuk sản xuất Dâychuyền có công suất hoạt động là 1000 viên p12/h, 1500 viên p6/h, 600 viên HBL2/h

Hình 1.2 Sơ đồ điện của xí nghiệp

1.2 Đặc điểm công nghệ của trạm trộn bê tông tươi tự động

1.2.1 Sơ đồ công nghệ của trạm trộn bê tông tươi

- Công nghệ trộn bê tông tươi của xí nghiệp được chia làm ba công đoạn chính: Côngđoạn chuẩn cốt liệu, công đoạn cân cốt liệu và công đoạn trộn cốt liệu thành tông tươi

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ của trạm trộn

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của quá trình trộn bê tông tươi.

Vít Tải

Cân Xi Măng

XiLo Xi Măng

- Sau khi có đơn đặt hàng bê tông tươi phục vụ cho công trình, công ty gửi yêucầu cho xí nghiệp bắt đầu tiến hành trộn bê tông cho khách hàng Mỗi trạm trộn đều cóhai Xilo đã được bơm sẵn xi măng, cát + đá 1 + đá 2 đã được vận chuyển tới 3 phễucốt liệu, Nước và chất lỏng phụ gia đã được bơm vào bình chứa để tiến hành quá trìnhtrộn tự động dưới sự điều khiển của người vận hành.

- Theo yêu cầu mác, khối lượng và số mẻ bê tông, đưa các dữ liệu đó nhập vàochương trình máy tính và khởi động cho trạm hoạt động Đầu tiên hệ thống định lượng

sẽ hoạt động, thực hiện đồng thời ba cân: cân cốt liệu, cân xi, cân nước và phụ gia:

- Cân cốt liệu được thực hiện theo nguyên tắc cộng dồn: Đầu tiên mở cửa xảboongke chứa đá1, khi đã cân đủ thì đóng cửa xả boongke đá 1 đồng thời mở cửaboongke cát, khi đã cân đủ thì đóng cửa xả boongke cát đồng thời mở cửa boongke đá

2 Quá trình này được tiếp tục cho tới khi cân xong các thành phần cốt liệu

- Cân xi măng: Mở cửa xả đáy Xilo chứa xi măng, xi măng theo vít tải vậnchuyển đổ vào thùng cân Khi cân đủ xi măng thì vít tải dừng lại

- Cân nước và phụ gia: Nước được bơm vào thùng cân nước sau đó cân đếnphụ gia

- Sau khi đã định lượng xong, cối trộn quay Skíp trở liệu lên cối trộn, (trongtrường hợp cối trộn còn bê tông hoặc cửa xả cối trộn chưa đóng thì hệ thống điềukhiển sẽ không cho skíp làm việc) Khi skip lên tới vị trí xả cốt liệu thì cốt liệu được

xả vào thùng trộn, đồng thời xả xi măng Khi xả xong cốt liệu skíp sẽ về vị trí khungcân để thực hiện mẻ tiếp theo, đồng thời xả nước, phụ gia Thời gian trộn cưỡng bứckhoảng 30- 45 s Sau thời gian trộn hỗn hợp bê tông được xả vào xe chuyên chở Khi

xả hết cối trộn đóng lại và hệ thống điều khiển tiếp tục thực hiện mẻ trộn tiếp theo

1.3 Giới thiệu một số bộ phận trong trạm trộn bê tông

1.3.1 Vít tải xiên

Chuyên dùng để vận chuyển vật liệu rời, tơi, xốp, dẻo như xi măng, cát, bộttheo phương ngang hay nghiêng đến 200 Với cự ly chuyển tới 30 - 40m có năng suấtđến 20 - 40m3/h

Vít tải (h1.3) gồm vỏ thép 4, trục dẫn động cơ gắn vít vận chuyển 3m, các ổ đỡ

5, phễu nạp 6 và cửa đỡ liệu 7 Trục vít quay nhờ động cơ diện 1 qua hộp giảm tốc 2.Khi quay vít vật liệu không quay theo chiều ngang của vít mà bị cuốn theo do đó có sựchuyển động tương đối giữa vật liệu và vít tải

Vít tải có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn, vật liệu được chekín nên không thất thoát và gây ô nhiễm môi trường

Hình 1.4: Vít tải xiên

1.3.2 Cối trộn chính

Trạm trộn bê tông được lắp đặt loại cối trộn cưỡng bức làm thêm việc theo chu

kỳ Dung tích bê tông đã trộn xong của cối trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ củamáy, với 120m3/h

Hình 1.5 Sơ đồ động học của Cối trộn chính

Hệ dẫn động của cối trộn gồm động cơ điện và hộp giảm tốc 1, qua khớp nối 2làm quay roto 7 Trên roto có lắp các tay và cách trộn, vật liệu được nạp qua ống nạp ởnắp thùng trộn, xả bê tông qua cửa đáy của thùng trộn Để đóng mở cửa cửa đáy, dùngkhí ép dẫn qua khóa 5 và van phân phối 4 tới xi lanh khí khí ép 6, để giảm ồn có lắp

bộ tiêu âm 3

Việc chất tải vào thùng trộn chỉ thực hiện khi roto quay Cốt liệu và xi măng

đư-ợc vào thùng trộn cùng với nước có thành thần và liều lượng xác định

Hỗn hợp được nhào trộn đồng nhất và hiệu quả rồi xả ra ngoài khi cửa đáy mở

Chương 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI 2.1 Giới thiệu về Simatic S7-300.

PLC là viết tắt của Program logic controller là thiết bị logic lập trình được, chophép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình

Hình 2.1 Simatic 7-300

PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:

- CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C,

315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2

- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng/số: SM321, SM322,SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374

- Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365

Các module được gắn trên thanh ray như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP

ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt saucủa module

Hình 2.2 Module phía sau Simatic

Các CPU 312 IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng

- CPU 312 IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1; 6 ngõ ra

số Q124.0, Q124.5

- CPU 313C: 24DI I124.0 126.7, 16DO Q124.0 125.7, 5 ngõ vào tươngđồng AI địa chỉ 725 761, hai ngõ ra AO 752 755

- CPU 314 IFM: 20 ngõ vào số I124.0 126.7, 16 DO Q124.0…125.5, 16 ngõ

ra số Q124.0…Q125.7, 4 ngõ vào tương đồng PIW 128, PIW 130, PIW 132, PIW134;

1 ngõ ra tương đồng PQW 128

Module CPU:

Các module CPU khác nhau có chức năng khác nhau, vận tốc xử lý lệnh…

- Vùng nhớ làm việc (working memory) là RAM, chứa chương trình do vùngnhớ chương trình chuyển qua, chỉ các phần chương trình, ví dụ Block header, DataBlock.

- Vùng nhớ hệ thống (System memory) phục vụ cho chương trình người dùng,bao gồm Timer, couter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ vòng lặp, mỗi vòng lặp được gọi làvòng quét, mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vàovùng đệm ảo, tiếp theo là thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trìnhđược thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh MEND Sau giai đoạn thựchiện chương trình là giai đoạn truyền các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng Như

vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếpcổng vào mà chỉ thông qua bộ đếm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số, việc truyềnthông giữa bộ đếm ảo với ngoại vi trong giai đoạn nhập dữ liệu và thực hiện chươngtrình do CPU quản lý, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi côngviệc khá Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắtđược soạn thảo và cài đặt như bộ phận của chương trình, chương trình xử lý ngắt chỉthực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ thờiđiểm nào trong vòng quét.

Như vậy: Trong trạm trộn bê tông của công ty chọn PLC S7300 SIEMENS ĐỨC, với CPU 314 IFM: Bộ nhớ làm việc 24KB, chu kỳ lệnh 0.3us, tích hợp sẵn24DI/16DO, 4AI/1AO

-2.2 Giới thiệu qua về Loadcell

2.2.1 Lý thuyết về loadcell

Trước đây, hầu hết các thiết bị cân trong công nghiệp sử dụng load cell cảmbiến sức căng, biến đổi thành tín hiệu điện (gọi là load cell tương tự) Tín hiệu nàyđược chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo lường như bộ chỉ thị

Một hệ thống cân dùng load cell tương tự điển hình thông thường bao gồm mộthoặc một vài load cell nối song song với nhau qua một hộp nối (Junction Box) Mỗi load cell tải một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V Đầu ra kết hợp được tổnghợp dựa trên kết quả của đầu ra từng load cell Các thiết bị đo lường hoặc bộ hiển thịkhuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi ADC, vi xử lý với phần mềm tíchhợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh định và đưa kết quả đọc được lên màn hình Đa phầncác thiết bị hay bộ hiển thị hiện đại đều cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khácnhư máy tính hoặc máy in

Những load cell này dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Giátrị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đó trả

về tín hiệu điện áp tỉ lệ Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực

tế, với những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từngứng dụng của người dùng Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hình dạng khác

nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạnguốn(bending), dạng nén (compression)…

Tuy nhiên, khó khăn gặp phải ngay từ buổi đầu của các hệ thống này là tín hiệuđiện áp đầu ra của load cell rất nhỏ(thường không quá 30mV) Những tín hiệu nhỏ nhưvậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu trong công nghiệp như:

Nhiễu điện từ: sinh ra bởi quá trình truyền phát các tín hiệu điện trong môitrường xung quanh, truyền phát tín hiệu vô tuyến điện trong không gian hoặc do quátrình đóng cắt của các thiết bị chuyển mạch công suất lớn…

Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: do thay đổi thất thường của nhiệt độmôi trường tác động lên dây cáp truyền dẫn

Do đó, để hệ thống chính xác thì càng rút ngắn khoảng cách giữa load cell vớithiết bị đo lường càng tốt Cách giải quyết thông thường vẫn dùng là giảm thiểu dungsai đầu ra của load cell Tuy nhiên giới hạn của công nghệ không cho phép vượt quácon số mong muốn quá nhỏ Trong khi nối song song nhiều load cell với nhau, mỗiload cell tải với một đầu ra độc lập với các load cell khác trong hệ thống, do đó để đảmbảo giá trị đọc nhất quán, ổn định và không phụ thuộc vào vị trí, hệ thống yêu cầuchỉnh định đầu ra với từng load cell riêng biệt Công việc này đòi hỏi tốn kém về thờigian, đặc biệt với những hệ thống yêu cầu độ chính xác cao hoặc trong các ứng dụngkhó tạo tải kiểm tra như cân tank, cân xilô…

Tín hiệu ra chung của một hệ nhiều load cell dựa trên cơ sở đầu các tín hiệu ratrung bình của từng load cell Điều đó gây nên dễ xảy ra hiện tượng có load cell bị lỗi

mà không được nhận biết Một khi đã nhận ra thì cũng khó khăn trong việc xác địnhload cell nào lỗi, hoặc khó khăn trong yêu cầu sử dụng tải kiểm tra, hay yêu cầu sửdụng các thiết bị đo lường như đồng hồ volt-ampe với độ chính xác cao, đặc biệt trongđiều kiện nhà máy đang hoạt động liên tục

Thực tế còn rất nhiều yếu tố khác liên quan đến độ chính xác của hệ thống cân như: Quá trình chỉnh định hệ thống

Nhiễu rung và ồn

Do tác dụng chuyển hướng lực trong các cơ cầu hình ống.

Quá trình phân tích dò tìm lỗi

Thay thế các thành phần trong hệ thống cân hoặc các hệ thống liên quan

Đi dây cáp tín hiệu dài

Môi trường hoạt động quá kín

…

Không thể tính toán được trước các yếu tố ảnh hưởng này để có thể mô hìnhhóa trong quá trình phân tích và thiết kế Trong khi đó điều kiện làm việc ở mỗi nơi rấtkhác nhau, thiết bị đo ở các xa cảm biến, tín hiệu truyền dẫn yếu dễ bị tiêu hao vànhiều loại nhiễu tác động, đặc biệt với môi trường làm việc khắc nghiệt trong nhà máy

và xí nghiệp Tín hiệu đưa về đến thiết bị đo lường khó phản ảnh trung thực giá trịthực tế

Trong khi đó, các bộ hiển thị hiện nay thường dùng hệ vi xử lý tốc độ thấp,năng lực tính toán không cao, ít thiết bị tích hợp các thuật toán xử lý chỉnh định các sốliệu thu thập về, hoặc nếu có còn ở mức độ đơn giản Do các bộ hiển thị sử dụng vớinhiều loại load cell khác nhau nên các thuật toán chỉnh định chỉ mang tính tương đối,không triệt để, đặc biệt là chưa có thiết bị nào tích hợp tính năng bù sai lệch do nhiệt

độ Chức năng lọc nhiễu điện từ trường cho tín hiệu đo của các thiết bị này còn rấtkém Một yếu điểm nữa là tần số lấy mẫu thấp, do đó không thể áp dụng trong các ứngdụng mà lực tác dụng biến đổi nhanh (cân động) như các hệ thống cân băng liên tục,…

Tuy nhiên, từ cuối những năm 1970, các nhà chế tạo load cell đã khám phá khảnăng có thể kết hợp giữa công nghệ điện tử hiện đại với các thành phần đo cơ bản, vàkhái niệm load cell số ra đời Ban đầu, khi khái niệm load cell số mới ra đời, nhiềungười hiểu lầm là các load cell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể được sửdụng để chuyển đổi một load cell chất lượng thấp lên một load cell chất lượng cao.Thực tế thì ngược lại, mỗi load cell số đơn giản cũng mang trong nó một cấu trúc kháphức tạp Thứ nhất, phải có một load cell cơ bản với độ chính xác, độ ổn dịnh và khảnăng lặp lại rất cao trong mọi điều kiện làm việc Thứ hai, phải có một bộ chuyển đổi

tương tự-số (ADC) 16 đến 20 bit tốc độ cao để chuyển đổi tín hiệu điện tương tự sangdạng số Thứ ba, phải có hệ vi mạch xử lý để thực hiện điều khiển toàn bộ quá trìnhchuyển đổi từ tín hiệu lực đo được thành dữ liệu số thể hiện trung thực nhất và giaotiếp với các thiết bị khác để trao đổi thông tin

Tín hiệu điện áp từ cầu điện trở của load cell chính xác cao được đưa đến đầuvào của mạch tích hợp sẵn, bao gồm cả phần khuyếch đại, bộ giải điều chế, một ADCtốc độ cao 20 bit và bộ lọc số Một cảm biến nhiệt độ tích hợp sẵn được sử dụng để đonhiệt độ thực của load cell phục vụ cho việc bù sai số do nhiệt độ Dữ liệu từ ADC,cảm biến nhiệt độ cùng với các thuật toán trong phần mềm và một số phần cứng bổsung tích hợp sẵn có chức năng tối ưu hóa xử lý các sai số do không tuyến tính, bù saiđường đặc tính, khả năng phục hồi trạng thái và ảnh hưởng của nhiệt độ… được vi xử

lý tốc độ cao xử lý Dữ liệu kết quả đầu ra được truyền đi xa qua cổng giao tiếp theomột giao thức nhất định Các module điện tử này có thể được đặt ngay trong load cell,load cell cable hoặc trong hộp junction box Các đặc tính tới hạn của từng load cellđược đặt trong EEPROM nằm trong module của load cell đó, điều đó cũng có nghĩa làmọi vấn đề xử lý sai số được thực hiện ngay tại load cell, với chính load cell đó, cũng

có nghĩa là phép bù các sai số được thực hiện khá triệt để

Một hệ thống số điển hình bao gồm một số các load cell số nối với máy tính,PLC hoặc thiết bị đo như bộ hiển thị Bên trong hệ thống, mỗi load cell độc lập có thểđược nhận dạng bằng địa chỉ làm việc của nó Địa chỉ làm việc đó có thể được cài đặt dongười lập trình thông qua một hoặc nhiều địa chỉ cung cấp bởi nhà máy Thông thườngđịa chỉ “0” được sử dụng như là một địa chỉ làm cho tất cả các load cell trả lời, trongkhi các số nối tiếp của load cell có thể được sử dụng để yêu cầu một địa chỉ xác định

Các load cell số hoạt động trên một chương trình điều khiển kiểu Master/Slave,

ở đó định nghĩa một thiết bị (thường là PC hoặc indicator) là master trên mạng Có haichế độ hoạt động chính: Master giám sát tất cả các quá trình truyền phát bằng cáchgiao tiếp với từng slave một cách tuần tự, hoặc master gửi dữ liệu yêu cầu các slave trảlời theo địa chỉ tuần tự Chế độ thứ nhất có ưu điểm trong sự mềm dẻo và nắm bắt lỗi,trong khi chế độ hai hướng đến tốc độ giao tiếp Hầu hết các load cell số kết nối theochuẩn RS485 hoặc RS422 Cả hai kiểu giao thức đều có các đặc tính tương tự nhau và

cung cấp một môi trường multi-drop Việc giao tiếp giữa các thiết bị nối trên mạng dựatrên giao thức quy định bởi nhà sản xuất

Có lẽ điểm khác biệt quan trọng nhất giữa hệ thống load cell tương tự và số làmặc dù nối với nhau nhưng mỗi load cell số hoạt động như là một thiết bị độc lập

Load cell số cho phép với trong nhiều ứng dụng khác nhau Dưới đây là 4 môhình ứng dụng điển hình

Mô hình 1: Các load cell số cung cấp đầu ra theo giao diện RS422 hoặc RS 485.Các load cell nối với nhau thành cấu trúc hình sao Junction Box hỗ trợ nối song song

8 load cell số Card RS422/RS485 cho phép kết nối trực tiếp đến máy tính PC hoặc PLC

Mô hình 2: Mô hình này chỉ khác với mô hình 1 là có thêm các thiết bị bảo vệSPD cho hệ thống load cell và máy tính chủ, chống lại các ảnh hưởng có hại như xungđiện hoặc quá áp

Mô hình 3: Với hệ thống load cell số, các load cell có thể hoạt động như cácthiết bị độc lập, nhận dạng trong hệ thống bằng địa chỉ của nó Vì vậy, nhiều hệ thống

có thể cùng dùng chung một thiết bị điều khiển, đơn giản chỉ cần đi đường dây mạngliên kết chúng về một trạm điều khiển Thông thường một trạm chủ này có thể quản lýđược đến 32 load cell số

Mô hình 4: Trong mô hình này, bộ hiển thị đóng vai trò là trạm chủ giao tiếptrực tiếp với các load cell hoặc với Junction Box Ngoài chức năng hiển thị, bộ hiển thịnày có thể thực hiện một số chức năng điều khiển khác thông qua các đầu vào ra

Khái quát lại, hệ thống cân dùng load cell số có một số ưu điểm nổi bật sau:Với đầu ra số, hệ thống có được:

Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ hoặc thay đổi nhiệt

độ thất thường trên đường dây cable dẫn

Khoảng cách dây cáp dẫn có thể kéo dài đến 1200m

Dễ dàng thay thế load cell

Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thị khi cần

Mỗi load cell là một thiết bị hoạt động độc lập trong hệ thống, do đó:

Một số ưu điểm khác :

Với hệ thống yêu cầu độ chính xác vừa và thấp có thể tự động chỉnh định màkhông cần tải chết

Load cell có thể thay thế mà không cần chỉnh định lại

Các thiết bị theo chuẩn RS485/422 đều có thể tham gia vào hệ thống

Nhiều hệ thống có thể kết nối và điều khiển bởi một trạm Chỉ đơn giản là mởrộng đường dây cable Tiết kiệm phần cứng

Phần mềm dễ dàng phát triển

…

Những ưu điểm của hệ load cell số cho phép trong các ứng dụng độ chính xáccao và chống chịu nhiễu tốt, đặc biệt ở những ứng dụng yêu cầu các điểm đo nằm phântán trên phạm vi rộng

Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell.Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đànhồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưabiết Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở

là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trongđiện trở Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệuđiện tỉ lệ với mức độ thay đổi của điện trở

2.2.2 Một số Loadcell thực tế

Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (củaNhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques Inc, Tedea - Huntleigh Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng,chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell có màu sắckhác nhau

Trong thực tế còn có loại loadcell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầu dây Sơ đồ

nối dây của loại loadcell này có thể có hai dạng như sau:

a Dạng nối dây 1 b.Dạng nối dây 2

Hình 2.4: Các dạng nối dây của loadcell

Như vậy, thực chất loadcell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở cả haicách nối ta tìm hiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nốitắt, các dây -veInput (Exc-) và -veSense (Sense-) là nối tắt

Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau Do đó cáchkết nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp

Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗiloadcell và thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giátrị này có thể là từ 2 miliVolt/Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tùy loại loadcell), tầmnhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải (Vớigiá trị điện áp ra danh định là 2miliVolt/Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện

áp ra sẽ là 20 miliVolt ứng với khối lượng tối đa)

Giới thiệu load cell sử dụng trong đồ án này là VLC-100:

Loadcell VLC-100 do công ty Virtual Measurements & Control LLC (CA,USA)sản xuất Hình ảnh loadcell như sau:

Sau đây là bảng các đặc tính kỹ thuật của loadcell VLC-100 (Tham khảo trong tài liệu)

Input resistance 385 ± 15ohms

Output resistance 350 ± 3ohms

Max excitation voltage 15VDC

Insulation resistance >2000Mohms

Environmental Protection IP67

Tank weighing Hopper weighing

VLC-100 (2,5klb) cho cân cốt liệu, VLC-100 (1klb) cho cân nước, VLC (1,5klb) chocân xi măng.

2.3 Van điện từ

Căn cứ theo yêu cầu điều khiển trạm trộn, Công ty hiện đang sử dụng hai loạivan điện từ Loại dùng khí nén và loại dùng thủy lực

2.3.1 Các van khí nén

a Các van điều khiển hướng (solenoide):

Các van điều khiển hướng là các thiết bị tác động đến đường dẫn các dòngCkhí Tác động có thể là: cho phép khí lưu thông đến các đường ống dẫn khí, ngắt cácdòng không khí khi cần thiết bằng cách đóng các đường dẫn hoặc phóng thích khôngkhí vào trong khí quyển thông qua cổng thoát

Van điều khiển hướng được đặc trưng bằng số các đường dẫn được điều khiển,cũng chính là số cổng của van và số vị trí chuyển mạch của nó Cấu trúc của van làyếu tố quan trọng ảnh hưởng về các đặc tính của dòng chảy của van, chẳng hạn nhưlưu lượng, sự suy giảm áp suất và thời gian chuyển mạch

b.Van chắn:

Van chắn là loại van chỉ cho dòng khí nén chảy theo một chiều, chiều ngược lạidòng khí nén sẽ bị khóa lại Áp suất ở phía sau van theo chiều dòng chảy, sẽ tác độnglên cơ cấu đóng cửa thông khí của van

Hình 2.6: Van điều khiển hướng

C Van áp suất:

Van áp suất là các van tác động chủ yếu đến áp suất hoặc được điều khiển bởi

độ lớn của áp suất Chúng được chia thành 3 nhóm:

- Van điều tiết áp suất

- Van giới hạn áp suất

- Van trình tự

2.3.2 Loại van dùng thủy lực

Căn cứ theo yêu cầu của công nghệ trộn bê tông, hiện công ty đang sử dụng loạivan đảo chiều 4 cửa hai vị trí tác động trực tiếp bằng nam châm điện

Hình 2.7 Cấu tạo van điện từ

Nguyên lý hoạt động như sau: Tại ví trí thông của P nối thông với của T khidòng điện vào cuộn dây, pittong được kéo lên van chuyển vị trí, lúc này cửa P đượcnối thông với cửa A, còn cửa B nối với cửa R

2.4 Công tắc hành trình

Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng, mở, hoặc các tín hiệu là kết quả của tác động

cơ học làm công tắc mở hoặc đóng

A B

P T

Loại công tắc này có thể được sử dụng để cho biết sự hiện diện của chi tiết giacông trên bàn máy, do đó chi tiết ép vào công tắc làm cho công tắc đóng Sự vắng mặtcủa chi tiết gia công được chỉ thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu của chi tiết đượcbiểu thị bằng công tắc đóng.

+ Không có chi tiết: 0

+ Có chi tiết : 1

Thuật ngữ công tắc giới hạn (công tắc hành trình) được sử dụng cho công tắcchuyên dùng để phát hiện sự có mặt của chi tiết chuyển động Công tắc này có thểđược vận hành bằng cam, trục lăn hoặc đòn bẩy

Điện áp nguồn

PLCKênh nhập b)

Điện áp nguồn PLC

Kênh nhập a)

Hình 2.9.Công tắc giới hạn vận hành.(a Đòn bẩy, b Con lăn, c Cam)

2.5 Động cơ điện

Động cơ điện được sử dụng rộng rãi trên các máy cố định hoặc di chuyển ngắntheo quỹ đạo nhất định như: băng tải, máy trộn bê tông, máy nghiền đá

Động cơ điện có nhiều chủng loại công suất và chia ra làm 2 loại: động cơ điện

1 chiều và động cơ điện xoay chiều Động cơ điện xoay chiều lại chia ra: loại khôngđồng bộ và loại đồng bộ

Trong trạm trộn bê tông ta chọn loại động cơ không đồng bộ với roto lồng sóc

vì nó có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếpvào lưới điện 2 pha không cần biến đổi dòng điện, hiệu suất cao, chịu vượt tải tươngđối tốt, thay đổi chiều quay và khởi động nhanh, dễ tự động hóa Điều kiện vệ sinhcông nghiệp tốt, ít gây ô nhiễm môi trường

Nhược điểm: Cosϕ của máy thường không cao lắm và đặc tính điều chỉnh tốc

Con lăn ấn xuống bằng cách nhấn

b)

Nút vận/h công tắc

Cam quay

c)

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC S7-300

CHO TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI

3.1 Xây dựng sơ đồ điện cho hệ thống trạm trộn bê tông tươi.

3.1.1 Sơ đồ đấu dây cho trạm trộn bê tông