Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động

Luận văn trình bày các linh kiện, vật liệu, hệ thống điều khiển cùng mô hình của một trạm trộn bê tông lưu động tự động.. Với mong muốn tự động hóa định lượng, chuyển nguyên liệu vào trạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRÀ DUY QUỐC DŨNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG NGUYÊN LIỆU CHO TRẠM TRỘN

BÊ TÔNG TƯƠI LƯU ĐỘNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trà Duy Quốc Dũng

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG NGUYÊN LIỆU CHO TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI

LƯU ĐỘNG

Học viên: Trà Duy Quốc Dũng

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 8.52.01.03 Khóa: 34 Trường Đại học Bách khoa – ĐH Đà Nẵng Luận văn này trình bày toàn bộ hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động Nhằm đáp ứng các yêu cầu và nhu cầu phát triển trong các ngành xây dựng hiện nay Luận văn trình bày các linh kiện, vật liệu, hệ thống điều khiển cùng mô hình của một trạm trộn bê tông lưu động tự động Luận văn hướng tới giải quyết vấn đề tự động hóa quá trình sản xuất để giảm thiểu sức lao động cho công nhân, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng của sản phẩm bê tông tươi khi làm việc tại bất cứ vị trí nào

Từ khóa: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm

trộn bê tông tươi lưu động

This dissertation presents the entire automatic dosing system for fresh mobile concrete batching plants To meet the needs and development needs of the construction industry today The thesis presents the components, materials, control systems and the model of a mobile concrete batching plant The thesis aims to solve the problem of production automation to reduce worker labor, save cost and improve the quality of fresh concrete products when working in any position

Key words: Research and design of automated system for quantitative materials

for mobile fresh concrete batching plant

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỞ ĐẦU 2

1 Tính cấp thiết của đề tài: 2

2 Mục đích nghiên cứu: 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

6 Cấu trúc luận văn : 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Trạm trộn bê tông 4

1.1.1 Tổng quan hệ thống trộn, thành phần bê tông tươi và phối liệu 4

1.1.2 Các loại trạm trộn đang sử dụng: 6

1.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động 9

1.3 Các cơ cấu chấp hành sử dụng trong trạm trộn 9

1.4 Các loại cảm biến 11

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI LƯU ĐỘNG 15

2.1 Yêu cầu kỹ thuật 15

2.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị trong trạm trộn 16

2.3 Chu trình hoạt động của trạm trộn 18

2.4 Các kết cấu chính của trạm trộn 18

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI 23

3.1 Lựa chọn các phương pháp điều khiển 23

3.1.1 Điều khiển lôgic 24

3.1.2 Điều khiển bằng PLC 24

3.1.3 Điều khiển bằng vi điều khiển 29

3.1.4 Khảo sát PLC loại S7-200 của hãng siemens 31

3.1.5 Các thông số kỹ thuật của PLC họ S7-200 36

3.1.6 Cấu trúc chương trình của S7- 200 37

3.1.7 Thực hiện chương trình của S7- 200 38

3.1.8 Các toán hạng lập trình cơ bản 39

3.2 Lựa chọn cảm biến cho trạm trộn 40

3.2.1 Các loại cảm biến 40

3.2.2 Lựa chọn các cảm biến cho trạm trộn 44

3.3 Thuật toán trong điều khiển 48

3.4 Chương trình điều khiển 49

3.5 Thiết kế các bộ phận tự động định lượng 50

3.6 Hướng dẫn lắp ráp, vân hành và bảo dưỡng máy 52

3.6.1 Hướng dẫn lắp ráp 52

3.6.2 Hướng dẫn vận hành máy 74

3.6.3 Hướng dẫn bảo dưỡng máy 83

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PHỤ LỤC 89

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các trạm trộn bê tông lưu động tự động hiện nay 8

Hình 1.2 Một số hình ảnh của loadcell 13

Hình 2.1 Mô hình trạm trộn bê tông được thiết kế 16

Hình 2.2 Chu trình hoạt động của trạm trộn 18

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển 23

Hình 3.2: Thiết bị điều khiển 23

Hình 3.3: Sơ đồ khối bên trong PLC 25

Hình 3.4: Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển 29

Hình 3.5 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển 8051 30

Hình 3.6 Sơ đồ chân của công truyền thông 34

Hình 3.7 Bộ nhớ trong và ngoài của S7- 200 35

Hình 3.8 Cấu trúc chương trình 38

Hình 3.9: Chương trình của S7 -200 39

Hình 3.10 Các loại cảm biến 46

Hình 3.11 Bố trí các cảm biến 47

Hình 3.12 Sơ đồ hệ thống điều khiển phần định lượng 48

Hình 3.13 Sơ đồ điều khiển 49

HÌNH VẼ TRẠM TRỘN 98

Hình 1 Tổng thể bộ trộn 101

Hình 2 Truyền động cho các trộn 101

Hình 3 Cụm xe chuyển liệu 102

Hình 4 Xe chuyển liệu 102

Hình 5 Động cơ và tang kéo tời 103

Hình 6 Động cơ tải xi măng 103

Hình 7 Máng ra liệu 103

Hình 8 Bồn cân xi măng 104

Hình 9 Bồn nước 104

Hình 10 Máng xi măng 104

Hình 11 Ổ bi balie 104

Hình 12 Bồn trộn 105

Hình 13 Vít tải 105

Hình 14 Bồn chứa xi măng 105

Hình 15 Tủ điện 105

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây nhằm đáp ứng nhu cầu về quy mô, chất lượng và tiến

độ thi công xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng cầu đường, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng nước ta đã và đang áp dụng nhiều công nghệ mới và sử dụng thiết bị thi công tiên tiến

Trong tất cả các máy móc phục vụ công trình xây dựng hiện nay chưa đảm bảo được yêu cầu về chất lượng cũng như năng suất mà nhu cầu về khối lượng bê tông lớn nên vấn đề năng suất, chất lượng của sản phẩm phải được quan tâm hơn Vì thế cần phải cải tiến nâng cao mức độ cơ giới hoá, tự động hoá các thiết bị trong các dây chuyền Đây là vấn đề được ngành cơ khí và ngành xây dựng quan tâm, tiến hành và không ngừng cải tiến máy móc thiết bị để cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn và năng suất cao hơn

Nhằm đáp ứng các yêu cầu đó và nhu cầu phát triển trong các ngành xây dựng hiện nay, việc nghiên cứu đưa hệ thống điều khiển vào trong các dây chuyền sản xuất nhằm thay thế các dây chuyền cũ là vấn đề cấp thiết Để giải quyết được vấn đề trên cần phải có sự quan tâm của các chuyên gia về lĩnh vực tự động hoá nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội và định hướng phát triển của đất nước hiện nay phục vụ cho nền công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước mà nhà nước đã đặt ra

Các công việc này sẽ được gắn liền với các dây chuyền sản xuất nhằm phục vụ nhu cầu tất yếu của các nhà sản xuất kinh doanh, tạo điều kiện thuật lợi cho việc cạnh tranh với các nước trên thế giới, các sản phẩm sản xuất trong nước được xuất khẩu ra nước ngoài đảm bảo chất lượng và giá thành phù hợp với nhu cầu của người sử dụng

Luận văn này sẽ trình bày toàn bộ hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động

Cảm ơn sự hướng dẫn của các thầy giáo trong khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện cho em hoàn thành cuốn luận văn này

Trân trọng cảm ơn!

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Ngày nay lĩnh vực tự động hóa, hiện đại hóa trong cơ khí là mục tiêu quan trọng của đất nước trong thời đại khoa học phát triển và hội nhập của đất nước với thế giới, đạt được những thành tựu quan trọng trong vấn đề sản xuất nhằm giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất, đảm bảo an toàn cho môi trường theo tiêu chí hiện nay của đất nước cũng như của thế giới, chất lượng thành phẩm cao nhằm cạnh tranh

và đáp ứng nhu cầu các công trình với nhiều sản phẩm đa dạng

Để phát triển các mục tiêu quan trọng đó cần được sự hỗ trợ của các lĩnh vực như tin học, điện tử, điều khiển tự động, hệ thống đo lường, đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhằm tạo nên những bước đột phá trong sản xuất với mục đích tăng năng suất và đạt chất lượng cao

Nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ các nhu cầu khác nhau trong đời sống và được ứng rất thành công đem lại hiệu quả kinh tế cao

Theo xu hướng hiện nay, để tiết kiệm kinh phí cũng như thời gian cho việc vận chuyển bê tông tươi từ các nhà máy sản xuất, các công trình xây dựng có quy mô lớn

và có nhu cầu sử dụng bê tông cao người ta thực hiện công tác trộn bê tông tươi tại chân công trình Tuy nhiên, các trạm trộn bê tông lưu động này vẫn chưa được tự động hoặc mới bán tự động trong việc cấp nguyên liệu

Với mong muốn tự động hóa định lượng, chuyển nguyên liệu vào trạm trộn nhằm giảm nhân công, tăng độ ổn định và chất lượng bê tông tốt hơn, việc thay thế các hệ thống điều khiển cũ bằng hệ thống điều khiển tự động sử dụng PLC là rất khả thi Vì vậy, em chọn đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên

2 Mục đích nghiên cứu:

Tự động hóa quá trình sản xuất bê tông tươi tại các trạm lưu động nhằm mục đích giảm nhân công, giảm giá thành và nâng cao chất lượng của bê tông tươi

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

3.1 Đối tượng: Trạm trộn bê tông tươi sử dụng để đúc bi cống thoát nước

3.2 Phạm vi nghiên cứu

+ Nguyên lý làm việc của trạm trộn

+ Các thiết bị chính trong trạm trộn

+ Hệ thống điều khiển tự động PLC

+ Thuật toán

+ Sơ đồ khối hệ thống điều khiển PLC

4 Phương pháp nghiên cứu

Dùng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Lý thuyết: Tham khảo tài liệu để tính toán thiết kế

- Thực nghiệm: Tham quan và khảo sát các cơ sở sản xuất bê tông tươi trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Về mặt khoa học: Tổng hợp các kiến thức đã được học và nâng cao trình độ của học viên cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí

- Về mặt thực tiễn: Tự động hóa quá trình sản xuất để giảm thiểu sức lao động cho công nhân, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng của sản phẩm bê tông tươi khi làm việc tại bất cứ vị trí nào

6 Cấu trúc luận văn :

Ngoài nội dung mở đầu và kết luận, đề tài bao gồm các chương sau: Chương 1 chủ yếu đề cập đến các thành phần và tính chất về bê tông, các loại trạm trộn hiện nay, nguyên lý làm việc của trạm trộn bê tông Chương 2 trình bày các nguyên lý thiết bị trong trạm trộn bê tông lưu động Chương 3 giới thiệu lý thuyết các phương pháp điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC của hãng SIEMENS, các loại cảm biến ứng dụng trong trạm trộn, thiết kế hệ thống định lượng tự động, xây dựng chương trình điều khiển trạm trộn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Trạm trộn bê tông

1.1.1 Tổng quan hệ thống trộn, thành phần bê tông tươi và phối liệu

Trong lĩnh vực xây dựng, bê tông là một vật liệu vô cùng quan trọng, chất lượng của bê tông có thể đánh giá được chất lượng của toàn bộ sản phẩm cũng như chất lượng trong các công trình xây dựng Do đó, việc xác định chính xác khối lượng từng nguyên liệu có trong thành phần bê tông cũng chính là việc xác định chất lượng của sản phẩm Nhiệm vụ chính trong trạm trộn đề ra là cân trộn cát, đá, nước, xi măng

để đạt độ chính xác cao trong quá trình sản xuất hiện nay để giải quyết vấn đề đó cần phải áp dụng phương pháp điều khiển tự động đề ra Khối lượng nguyên liệu cần phải chính xác với khối lượng đặt ban đầu trong một mẻ trộn, để xác định khối lượng ta sử dụng cảm biến trọng lượng là loadcell

Trong một hệ thống trộn bê tông thực tế có rất nhiều yếu tố đầu vào lẫn đầu ra cần phải xác định

Những công trình xây dựng khác nhau cần có những loại bê tông khác nhau để thích ứng với môi trường xung quanh Bê tông dùng trong xây dựng nhà cao tầng, hệ thống thoát nước và các công trình khác… cần đảm bảo yêu cầu chất lượng cao, khả năng chịu nén tốt Bê tông dùng trong đúc các trụ cầu cần phải có chất phụ gia chống đông và phải có độ bền cao trong môi trường nước Loại bê tông được xác định dựa vào tỷ lệ pha trộn các thành phần:

+ Xi măng

+ Cát, đá

+ Nước

Vì vậy để điều khiển một hệ thống trộn thực tế cần phải kết hợp nhiều vấn đề từ

cơ khí, kỹ thuật xây dựng đến hệ thống điều khiển tự động

Khái niệm chung về bê tông

Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước Trong đó cát

và đá chiếm 80-85%, xi măng chiếm khoảng 8-15% còn lại là nước Ngoài ra người ta còn cho thêm các loại phụ gia khác để thoã mãn yêu cầu Có nhiều loại bê tông phụ

thuộc vào các thành phần như đá , cát , xi măng, nước, các thành phần này hoà trộn để cho ra nhiều loại mác khác nhau nhằm phục vụ từng loại công trình theo yêu cầu đề ra

Các thành phần cấu tạo bê tông

+ Xi măng: Việc lựa chọn xi măng là quan trọng trong việc thiết kế bê tông Có nhiều loại mác xi măng khác nhau, mác càng cao thì độ dính kết càng tốt, tuy nhiên giá thành của xi măng cũng tăng theo mác của nó Vì vậy khi thiết kế bê tông ta phải vừa bảo đảm yêu cầu kỹ thuật, vừa bảo đảm yêu cầu kinh tế

+ Cát: Cát dùng trong hỗn hợp bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo Kích thước hạt từ 0.4-5mm Chất lượng cát phụ thuộc vào phần khoáng, tạp chất, thành phần hạt… trong thành phần của bê tông cát chiếm khoảng 29%

+ Đá dăm: Đá dăm có nhiều loại, tuỳ thuộc vào kích thước cỡ đá, tuỳ thuộc vào mác

bê tông mà ta chọn cỡ đá cho phù hợp Trong thành phần bê tông đá dăm chiếm khoảng 52%

+ Nước: Nước để hoà trộn phải có đủ điều kiện để không ảnh hưởng tới sự kết dính của bê tông cũng như ăn mòn kim loại

+ Phụ gia: Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có hai loại:

+ Loại phụ gia hoạt động bề mặt: Loại phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù được

sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác nhau của bê tông

+ Loại phụ gia rắn nhanh: Loại phụ gia rắn nhanh có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên, cũng như nâng cao cường độ bê tông, hiện nay trong công nghệ bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng

1.1.2 Các loại trạm trộn đang sử dụng:

Hình 1.1 Các trạm trộn bê tông lưu động tự động hiện nay

Các thành phần chính trong một mẻ bê tông

+ Xi măng P400, đá dăm 10*20, cát vàng : tính cho một mét khối bê tông

Bảng 1.1

Xi măng kg 225.2 268.7 325.2 368.8 410.1 Cát kg 820 8 792.3 782.8 769.5 756.2

Đá kg 1668.2 1639.7 1628.3 1580.8 1571.3 Nước kg 146.4 174.4 208.2 228.7 246.1

+ Xi măng P500, đá dăm 10*20, cát vàng : tính cho một mét khối bê tông

Bảng 1.2

Xi măng kg 273.4 283.8 327.2 373.7 424.2 Cát kg 818.9 7999 782.8 775.2 765.7

Đá kg 1649.2 1634 1628.3 1615 1607.4 Nước kg 177.7 184.5 209.4 231.7 254.5

Từ bảng thành phần bê tông này, ta có thể tính toán giá trị khối lượng từ cát, đá,

xi măng, nước trong một mẻ nguyên liệu cần trộn Sau đó lấy các giá trị này để lập một tỷ lệ tương ứng để đưa vào đầu cân để lấy tín hiệu điều khiển đưa về PLC

1.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động

Một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ, thiết bị điện tử …, được kết nối với nhau thành một hệ thống cho phép chúng ta điều khiển chính xác sự chuyển đổi nhịp nhàng của một qui trình hoặc một hoạt động sản xuất Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hoàn toàn đó là PLC, nó được sử dụng kết hợp với máy chủ Ngoài ra, PLC còn có giao diện để kết nối với các thiết bị khác (như bảng điều khiển, động cơ, contactơ, cuộn dây…) Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn Ngoài ra, còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng vai trò rất quan trọng, PLC sẽ không nhận biết được gì nếu nó không được kết nối với các thiết bị cảm ứng

Vai trò của PLC

PLC (viết tắt của cụm từ Programmable Logic Controller) là một thiết bị điện

tử phức tạp, chúng có nhiều loại do nhiều hãng sản xuất chế tạo, nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của nền sản xuất hiện đại Trong một hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hiện đại có sử dụng bộ điều khiển PLC, thì thiết bị này được coi là phần trung tâm, là bộ não của hệ thống PLC nhận thông tin về trạng thái của hệ thống và bộ điều khiển các bộ truyền theo một tuần tự xác định trong danh sách lệnh: nhận các yêu cầu của đầu vào, điều khiển các yêu cầu đầu ra theo thứ tự lệnh yêu cầu của bộ xử lý, danh sách lệnh là yêu cầu của người lập trình và được lưu vào bộ nhớ

1.3 Các cơ cấu chấp hành sử dụng trong trạm trộn

Thùng theo thứ tự cho đến khi đạt khối lượng từng loại theo yêu cầu phối trộn Gồm thùng cốt liệu có 3 ngăn được kéo bằng tời, có các bánh xe lăn trên U100 mỗi

ngăn chứa một loại liệu khác nhau và phía dưới đáy có các cửa xả được đóng mở bằng píton-xylanh khí nén tự động khi xả các loại liệu từ các cửa xả xong xuống thùng định lượng, thùng định lượng được đặt lên hệ thống cân treo bằng 2 load cell khi cân Các van xả của xe cốt liệu sẽ cấp các loại liệu đá 1-2, cát, đá 0,5-1 vào của mẻ thì hệ thống tời kéo sẽ kéo cáp và khi đó nó trở thành xe cấp liệu cho thùng trộn theo 2 ray U100 lên phía trên Khi đến cửa nhận liệu ở máy trộn, xe cấp liệu nâng thùng nhờ 2 bánh xe phía sau chạy trên cam nâng để mở cửa xe cấp liệu và đổ liệu vào thùng trộn cho đến khi hết liệu thì tự động đi xuống, đóng cửa thùng định lượng để chuẩn bị định lượng cho mẻ liệu tiếp theo

Thùng định lượng nước được treo trên 1 LOAD CELL được đặt tại trọng tâm thùng Dung tích thùng định lượng nước 80lít Đầu vào của thùng được cấp nước từ 1 bơm nước bơm từ thùng chứa phụ và một van xả nước bằng loại van điện từ được điều khiển tự động Nó được đóng khi cân nước và được mở ra khi xả nước vào thùng trộn

Thùng định lượng xi măng đuợc treo trên 3 LOAD CELL có sức chứa 120lit và được vận hành tự động khi phối trộn liệu Trên thùng có các cơ cấu như van đóng, mở cửa thùng định lượng bằng piston - xi lanh khí nén để đóng khi định lượng và mở khi

xả xi măng vào thùng trộn Để đảm bảo quá trình cân xi măng được chính xác, giữa vít tải - thùng định lượng - miệng xả vào thùng trộn được liên kết bằng các ống cao su ruột gà để đảm bảo độ kín bụi xi măng khi làm việc nhưng không ảnh hưởng đến độ chính xác khi cân do các phần được tách rời nhau Ngoài ra để xả hết xi măng trong thùng trộn, có bố trí hệ thống thông khí nén để thổi và hệ thống máy rung phễu chứa xi măng để chắc chắn là xi măng xuống hết và làm sạch thùng định lượng khi xả

Là loại máy trộn ngang được lắp 14 cánh đảo, cánh khuấy và cánh trộn để chuyển liệu theo di chuyển theo chiều dọc của thùng và đẩy liệu từ ngăn này sang ngăn khác nhằm mục đích làm đồng đều các loại liệu trong thùng Dung tích hữu dụng của máy trộn là 500lit

Sau khi đã trộn xong mẻ liệu (theo thời gian đặt trước), cửa xả liệu ở đáy sẽ được tự động mở ra nhờ piston - xilanh khí nén để tháo liệu và các cánh đảo, cánh trộn

sẽ đẩy hết vữa bêtông xuống thùng chứa

Sau khi đã xã hết liệu trong máy trộn xuống thùng chứa liệu, cửa xã liệu tự động đóng lại để chuẩn bị cho mẻ trộn tiếp theo

Trong thùng chứa có gắn một bộ cánh khuấy, cánh đảo và cánh tải liệu để cấp liệu cho vít tải một cách đồng đều trong khi vít tải hoạt động cấp liệu cho ống Ngoài

ra, còn bố trí thêm một máy rùng để liệu trong thùng chứa liệu thoát hết ra ngoài để cung cấp cho vít tải bê tông Khi hết ca làm việc hoặc phải dừng máy lâu, cần phải làm sạch thùng liệu cũng như làm sạch thùng của máy trộn để tránh tình trạng đông kết bê tông trong thùng của máy trộn và trong thùng chứa bằng cách mở cửa xả đáy ở phía dưới đáy của thùng chứa

1.4 Các loại cảm biến

Khái niệm cảm biến: Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng

vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể

đo và xử lý được

Các đại lượng cần đo (m) thường có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng cần đo (m):

S=F(m)

Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận giá trị của (m)

Các loại cảm biến

-Cảm biến quang

-Cảm biến đo nhiệt độ

-Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển

-Cảm biến đo và biến dạng

-Cảm biến đo lực

-Cảm biến đo vận tốc, gia tốc và rung

-Cảm biến đo áp suất chất lưu

-Cảm biến đo lưu lượng và mức chất lưu

-Cảm biến thông minh

Cấu tạo của cảm biến (loadcell):

- Loadcell gồm một vật cứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không gỉ được xử lý đặc biệt, trên vật cứng có dán 4 strain gage Khi vật cứng bị biến dạng dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào loadcell thì có thể có 2 hoặc 4 strain gage bị tác động Tuỳ vào dạng của vật chứng ta có các loại loadcell khác nhau:

Có nhiều loại Loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như Kubota (của Nhật), Global Weighing (HànQuốc), Transducer Techniques.Inc, TedeaHuntleigh… Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu kéo hay nén Tuỳ hãng sản xuất mà các đầu ra của loadcell có màu sắc khác nhau HBM H35 Load Cell PWS - Single Point Load Cell HMB RSC

(Với giá trị điện áp ra danh định là 2milivolt/volt thì với nguồn cung cấp là 10 volt thì điện áp ra sẽ là 20milivolt ứng với khối lượng tối đa )

Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng

- Các strain gage trong loadcell được kết nối thành một mạch cầu wheastone Các strain gage trong mạch cầu có tác dụng bù ảnh hưởng của nhiệt độ

- Khi không bị tác động, điện trở của các strain gage bằng nhau cầu ở trạng thái cân bằng Khi bị tác động, vật chứng bị biến dạng, các strain gage thay đổi điện trở làm lệch cân bằng làm xuất hiện ở ngõ ra một điện áp Vo

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI LƯU ĐỘNG

2.1 Yêu cầu kỹ thuật

Trong quá trình hoạt động của trạm trộn đòi hỏi sự kết hợp giữa các bộ phận với nhau trong quá trình điều khiển cho ra được sản phẩm theo yêu cầu

2.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị trong trạm trộn

Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1 Mô hình trạm trộn bê tông được thiết kế 1/ Máng cấp xi măng 2/ Vít tải xi măng I 3/ Xi lô chứa xi măng 4/ Vít tải xi măng II 5/ Xi lô cân xi măng 6/ Thùng cân nước 7/ Thùng trộn 8/ Máng ra hỗn hợp 9/

Xe vận chuyển liệu 10/ Xe skin 11/ Tủ điện 12/Động cơ vít tải I 13/Động cơ bơm nước 14/ Động cơ kéo liệu 15/ Động cơ kéo skin 16/Động cơ vít tải II

Nguyên lý làm việc: Sau khi đã thực hiện chế độ lập trình và cài đặt sẵn với

việc phối liệu theo tỷ lệ đã định sẵn cho từng loại ống được đúc theo yêu cầu Khởi động máy cho động cơ kéo băng tải hoạt động nhằm cung cấp các loại vật liệu cát đá theo yêu cầu Băng tải tải liệu đổ vào thùng skin, thùng skin có nhiệm vụ chứa các loại vật liệu mà băng tải cung cấp, tại đây thùng skin được cân nhờ bộ cảm biến loadcell đặt dưới để xác định khối lượng đã được lập trình sẵn, thùng định lượng skin được kéo

lên đổ vào thùng trộn nhờ bộ tời kéo một đầu gắn với thùng skin, trong quá trình vật liệu được đổ vào thùng trộn song song với quá trình đó ximăng được đổ vào thùng chứa nhờ vít tải đứng đẩy ximăng vào xylo chứa ximăng, xylo chứa khoảng 1tấn ximăng, ximăng trong xylo lớn được đẩy lên xylo nhỏ dùng để xác định trọng lượng cần thiết cho 1 mẻ bê tông đã được lập trình sẵn được đặt trên 3 cảm biến loadcell sau

đó đổ vào thùng trộn, nước được bơm lên nhờ thùng định lượng nước được treo trên 1 LOAD CELL được đặt tại trọng tâm thùng Dung tích thùng định lượng nước 80lít Đầu vào của thùng được cấp nước từ 1 bơm nước, bơm từ thùng chứa phụ và một van

xả nước bằng loại van điện từ được điều khiển tự động Nó được đóng khi cân nước và được mở ra khi xả nước vào thùng trộn.Trong quá trình vật liệu đổ vào thùng trộn tại thùng trộn loại máy trộn ngang được lắp 14 cánh đảo, cánh khuấy và cánh trộn để chuyển liệu theo di chuyển theo chiều dọc của thùng và đẩy liệu từ ngăn này sang ngăn khác nhằm mục đích làm đồng đều các loại liệu trong thùng Dung tích hữu dụng của máy trộn là 500lit

Sau khi đã trộn xong mẻ liệu (theo thời gian đặt trước), cửa xả liệu ở đáy sẽ được tự động mở ra nhờ piston - xilanh khí nén để tháo liệu và các cánh đảo, cánh trộn

sẽ đẩy hết vữa bêtông xuống thùng chứa

Sau khi đã xả hết liệu trong máy trộn xuống thùng chứa liệu, cửa xả liệu tự động đóng lại để chuẩn bị cho mẻ trộn tiếp theo

Trong thùng chứa có gắn một bộ cánh khuấy, cánh đảo và cánh tải liệu để cấp liệu cho vít tải một cách đồng đều trong khi vít tải hoạt động cấp liệu cho ống Sau đó nhờ hệ thống vít tải liệu dạng hở được bố trí trên xe đẩy gồm 4 bánh xe chạy trên ray V50 và 2 bánh đỡ chạy trên ray U50 để đảm bảo ổn định, dẫn hướng và chống lật cho

hệ thống vít tải

Cuối vít tải có 1 cửa ra để cấp liệu vào lòng ống li tâm Do đường kính trong của

lỗ ống loại nhỏ nhất là 290mm nên kích thước của hệ thống vít tải cấp liệu phải hết sức nhỏ gọn và được điều chỉnh đồng tâm với tâm quay của ống Khi vít tải quay, người công nhân có thể theo dõi dòng liệu từ thùng chứa liệu cấp cho vít tải để điều chỉnh cửa

mở cho thích hợp cũng như cần thiết thì cho vít khuấy, đảo liệu trong thùng liệu hoạt động Sau khi cấp đủ liệu vào ống, đóng kín van cửa ra liệu và lùi vít tải về vị trí cuối cùng bên trái, tắt vít tải và vít trộn, tháo cơ cấu giữ đầu vít tải để cho ống gia tốc

2.3 Chu trình hoạt động của trạm trộn

* Delay một khoảng thời gian: do chương trình mính quy định cho phù hợp với thực tế

Hình 2.2 Chu trình hoạt động của trạm trộn

2.4 Các kết cấu chính của trạm trộn

1 Xylô xi măng

Xylô chứa được 1 tấn và xi măng được bơm vào xylô bằng vít tải xiên Đáy xylô có van đóng mở và được liên kết với vít tải xi măng bằng một ống cao su dạng ruột gà để làm kín bụi xi măng trong quá trình hoạt động Ngoài ra để tránh hiện tượng tạo vòm ximăng sau một thời gian không hoạt động, bố trí thêm một hệ thống khí nén

để thổi phá vòm Đồng thời để liệu được cấp đều cho vít tải xi măng, còn bố trí thêm một máy rung và được hoạt động khi vít tải xi măng làm việc Mức xi măng trong xi lô được kiểm tra bằng dây đo và có hệ thống thông khí để xi măng đi xuống vít tải đều hơn

2 Vít tải xi măng

Vít tải xi măng gồm 2 máy, 1 để nạp xi măng vào xilô và 1 để cấp xi măng từ xi

lô cho thùng định lượng xi măng khi phối trộn

Vít tải xi măng cấp cho thùng định lượng xi măng sẽ tự động dừng khi cân xi măng thùng định lượng báo đủ

3 Thùng định lượng xi măng

Thùng định lượng xi măng đuợc treo trên 3 LOADCELL có sức chứa 120l và được vận hành tự động khi phối trộn liệu Trên thùng có các cơ cấu như van đóng, mở cửa thùng định lượng bằng piston - xi lanh khí nén để đóng khi định lượng và mở khi

xả xi măng vào thùng trộn Để đảm bảo quá trình ân xi măng được chính xác, giữa vít tải - thùng định lượng - miệng xả vào thùng trộn được liên kết bằng các ống cao su ruột gà để đảm bảo độ kín bụi xi măng khi làm việc nhưng không ảnh hưởng đến độ chính xác khi cân do các phần được tách rời nhau Ngoài ra để xả hết xi măng trong thùng trộn, có bố trí hệ thống thông khí nén để thổi và hệ thống máy rung phễu chứa xi măng để chắc chắn là xi măng xuống hết và làm sạch thùng định lượng khi xả

4.Thùng định lượng nước

Thùng định lượng nước được treo trên 1 LOADCELL (hình 2) được đặt tại trọng tâm thùng Dung tích thùng định lượng nước 80lít Đầu vào của thùng được cấp nước từ 1 bơm nước bơm từ thùng chứa phụ và một van xả nước bằng loại van điện từ được điều khiển tự động Nó được đóng khi cân nước và được mở ra khi xả nước vào thùng trộn

7 Xe cốt liệu

Thùng cốt liệu gồm có 3 ngăn có dạng xe lăn trên ray U100 và được kéo bằng cáp thông qua bộ tời điện có bố trí phanh điện từ nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc như: Khi dừng để xả liệu; Dừng tai một ví trí tuỳ ý khi cần thiết làm vệ sinh hay khi mất điện bất ngờ Thể tích mỗi ngăn chứa là 150l

Trên thùng chứa liệu có bảng chỉ dẫn của các ngăn chứa đá 1-2, cát, đá 0,5-1 và phía dưới đáy của mỗi ngăn tương ứng có bố trí 1 cửa xả được đóng mở bằng piston - xilanh khí nén tự động khi cân liệu

Khi 1 van mở cửa xả liệu xuống thùng định lượng (đồng thời là xe cấp liệu), nếu đã đủ khối lượng theo yêu cầu thì van tự động đóng lại và sẽ mở tiếp cửa xả liệu của ngăn cấp liệu tiếp theo và theo trình tự như thế cho đến khi đóng hết cả 3 van Quá trình định lượng dựa trên cơ sở của nguyên tắc cộng dồn loại liệu 2 vào loại liệu 1 và loại liệu 3 vào loại liệu 1 và 2

Trên thùng có bố trí một máy rung để khi cần thiết có thể hoạt động để xả liệu

từ các ngăn qua cửa mở (như khi liệu có độ ẩm quá cao, ướt) Nó có thể hoạt động ở chế độ tự động (nằm trong chương trình) hay bằng tay qua người điều khiển Khi không cần thiết (như liệu khô), để tránh bụi cho phân xưởng thì có thể tắt hệ thống rung bằng núm xoay sang chế độ bằng tay

Sau khi đã cấp đủ liệu theo yêu cầu của mẻ, xe cốt liệu sẽ di chuyển xuống vị trí dưới để công nhân tiếp tục thực hiện cấp liệu cho mẻ trộn tiếp theo

8 Thùng định lượng

Thùng định lượng có dung tích chứa 360l và được đặt lên hệ thống cân treo bằng 2 LOAD CELL khi cân Các van xả của xe cốt liệu sẽ cấp các loại liệu đá 1-2, cát, đá 0,5-1 vào thùng theo thứ tự cho đến khi đạt khối lượng từng loại theo yêu cầu

phối trộn của mẻ thì hệ thống tời kéo sẽ kéo cáp và khi đó nó trở thành xe cấp liệu cho thùng trộn theo 2 ray U100 lên phía trên Khi đến cửa nhận liệu ở máy trộn, xe cấp liệu nâng thùng nhờ 2 bánh xe phía sau chạy trên cam nâng để mở cửa xe cấp liệu và đổ liệu vào thùng trộn cho đến khi hết liệu thì tự động đi xuống, đóng cửa thùng định lượng để chuẩn bị định lượng cho mẻ liệu tiếp theo

9 Máy trộn

Là loại máy trộn ngang được lắp 14 cánh đảo, cánh khuấy và cánh trộn để chuyển liệu theo di chuyển theo chiều dọc của thùng và đẩy liệu từ ngăn này sang ngăn khác nhằm mục đích làm đồng đều các loại liệu trong thùng Dung tích hữu dụng của máy trộn là 500l

Sau khi đã trộn xong mẻ liệu (theo thời gian đặt trước), cửa xã liệu ở đáy sẽ được tự động mở ra nhờ piston - xilanh khí nén để tháo liệu và các cánh đảo, cánh trộn

sẽ đẩy hết vữa bêtông xuống thùng chứa

Sau khi đã xã hết liệu trong máy trộn xuống thùng chứa liệu, cửa xã liệu tự động đóng lại để chuẩn bị cho mẻ trộn tiếp theo

Trong thùng chứa có gắn một bộ cánh khuấy, cánh đảo và cánh tải liệu để cấp liệu cho vít tải một cách đồng đều trong khi vít tải hoạt động cấp liệu cho ống Ngoài

ra, còn bố trí thêm một máy rùng để liệu trong thùng chứa liệu thoát hết ra ngoài để cung cấp cho vít tải bê tông Khi hết ca làm việc hoặc phải dừng máy lâu, cần phải làm sạch thùng liệu cũng như làm sạch thùng của máy trộn để tránh tình trạng đông kết bê tông trong thùng của máy trộn và trong thùng chứa bằng cách mở cửa xã đáy ở phía dưới đáy của thùng chứa

bằng tay, aptômat bảo vệ, đèn báo pha và nút dừng khẩn cấp khi hệ thống hoạt động có

sự cố

12 Máy nén khí

Máy nén khí nhằm cung cấp khí nén cho các piston - xilanh khí nén hoạt động

để đóng mở các cửa van, thổi khí trong các xilô xi măng và thùng định lượng xi măng cũng như có thể dùng để làm sạch máy bằng súng phun sau một ca hay 1 buổi làm việc Máy được hoạt động ở chế độ tự động khi bật aptomát trên tủ điều khiển, khi bơm đạt áp suất đặt trước 7kg/cm2 thì máy tự động dừng và luôn duy trì áp suất ở chế

độ trên Nó gồm 2 đầu ra, 1 cho các piston - xilanh khí nén và 1 cho ống thổi phá vòm ximăng và làm sạch

13 Bầu lọc

Mục đích của bầu lọc là lọc sạch không khí nén, ngưng tụ hơi nước, hoà trộn

dầu vào hơi để bôi trơn các piston xilanh khí nén khi làm việc, chống mòn, chống ăn mòn và rò rỉ do các chất bụi bẩn trong nhà xưởng và hơi nước

14 Hệ thống các van Solenoid

Các van solenoid 4/2 dùng để điều khiển cung cấp khí nén cho việc đóng - mở các piston - xilanh khí nén để đóng mở các cửa van khi định lượng và xả đáy thùng trộn, xả cửa thùng định lượng ximăng

15 Van điện từ

Van đóng - mở thùng định lượng nước được sử dụng loại van điệu từ kiểu màng chắn để đóng khi định lượng nước và xã hết nước vào thùng trộn khi đã đủ khối lượng nước theo yêu cầu

16 Công tắc hành trình

Các công tắc hành trình dùng để xác định vị trí dừng chính xác của xe cốt liệu khi cấp liệu và khi xả liệu vào thùng định lượng Cũng như vậy cho xe cấp liệu khi cân liệu cũng như khi đổ liệu vào thùng máy trộn một cách chính xác

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG

TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI

3.1 Lựa chọn các phương pháp điều khiển

“Điều khiển” là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác động của một

hay nhiều đại lượng vào thì đại lượng ra sẽ thay đổi theo một quy luật nhất định

Hệ thống điều khiển bao gồm thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển, được thể hiện dưới đây

Tín hiệu nhiễu z

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển

Đối tượng điều khiển: Thiết bị, máy móc trong kỹ thuật

Thiết bị điều khiển: Các phần tử truyền tín hiệu, phần tử xử lý và điều khiển, cơ

cấu chấp hành

P/tử truyền tín hiệu Phần tử xử lý và

điều khiển Cơ cấu chấp hành

Hình 3.2: Thiết bị điều khiển

- Phần tử truyền tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vậy lý và là đại

lượng vào

Ví dụ: công tắc, nút bấm, công tắc hành trình, cảm biến,…

- Phần tử xử lý tín hiệu và điều khiển: xử lý tín hiệu vào theo một quy tắc

logic, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển, điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu để làm thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành

Đối tượng điều khiển Dây chuyền sản xuất

Tín hiệu điều khiển

Thiết bị điều khiển

xe1

xe2

xaxe

- Ví dụ: van đảo chiều, van chắn (van một chiều, van logic OR, van logic AND), van tiết lưu, van áp suất, rơle, phần tử khuếch đại, phần tử chuyển đổi tín hiệu,

- Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của

mạch điều khiển

Ví dụ: Xi lanh, động cớ, bộ biến đổi áp lực v.v

3.1.1 Điều khiển lôgic

Bộ điều khiển lập trình được sáng tạo ra từ ý tưởng ban đầu của nhóm kỹ sư thuộc hãng General Môtors vào năm 1968 Trong những năm gần đây bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp ở nước ta như là một giải pháp điều khiển lý tưởng cho việc tự động hoá các quá trình sản xuất Cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính, đến hiện nay bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế trong ứng dụng điều khiển công nghiệp, đó là dễ dàng trong lập trình và lập trình lại Cho phép thay đổi nhanh chóng chương trình điều khiển, có chức năng truyền thông cho phép nối mạng ở nhiều cấp độ nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất Cấu tạo nhỏ gọn, có độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống lập trình - hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động.trong bối cảnh đó bộ điều khiển lập trình PLC (Programmbl logic controller) được ra đời

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống lập trình - hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động.trong bối cảnh đó bộ điều khiển lập trình PLC (Programmbl logic controller) được ra đời

sự nó bật ON hoặc OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một

bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra nhập tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển dùng rơ le) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thoả mãn các yêu cầu sau:

- Lập trình dễ dàng

- Ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dễ bảo quản và sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn có thể chứa những chương trình phức tạp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các modul mở rộng

- Tin cậy trong môi trường sản xuất nhà máy công nghiệp

- Khả năng chống nhiễu tốt

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá

- Giá thành cạnh tranh được

Quá trình được điều khiển:

Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kỹ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu về khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp Kết quả nghiên cứu đã đưa ra thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: Tập lệnh từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thì, tác vụ đếm, sau đó là các lệnh

xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán số liệu số thực 32

Nguồn cấp điện

Bộ nhớ chương trình

Đơn

vị điều khiể

n

Khối ngõ vào

Mạch công suất

và cơ cấu tác động

Hình 3.3: Sơ đồ khối bên trong PLC

bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch Song song đó, sự phát triển của phần cứng cũng đạt nhiều kết quả: bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào ra nhiều hơn, môdul chuyên dụng nhiều hơn:

Cấu trúc phần cứng của PLC

PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ xử lý, bộ nhớ và khối vào/ra Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện một loạt lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm Sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng đê đóng/ mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng Như vậy, sự hoạt động của các

thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ Chương trình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng

Hệ thống BUS: Là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:

Address bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các modul khác nhau Data bus: Dùng để truyền dữ liệu

Control bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data bus Address bus và Data bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hoặc song song

Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả các trạng thái đầu vào của nó vào Data bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dỏi chu trình hoạt động của PLC

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung clock có tần số từ 1 đến 8 MHZ, xung này quyết định hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

Bộ nhớ

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:

- Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O

- Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các rơ- le

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ

Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ

vi xử lý Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo ra bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này

có khả năng chứa 2000 từ 16000 dòng lệnh, tuỳ theo loại vi mạch Trong PLC các bộ nhớ như ROM, RAM, EPROM đều được sử dụng

ROM: (Read only Memmory) đây là loại bộ nhớ đơn giản nhất (loại chỉ đọc), gồm các thanh ghi, mỗi thanh ghi lưu trữ một từ với một tín hiệu điều khiển, tác động

có thể đọc được bất kỳ vị trí nào, ROM là bộ nhớ không thay đổi được mà chỉ được

để khởi tạo và kiểm tra chương trình Khuynh hướng hiện này dùng CMOSRAM nhờ

có khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn

EPROM: (Electrical Programmable Read Only Memory): là bộ nhớ mà người

sử dụng bình thường chỉ có thể đọc mà không ghi nội dung vào được Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ nên dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC.Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xoá EPROM

Môi trường ghi dữ liệu thứ 3 là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu các chương trình lớn trong một thời gian dài

Kích thước bộ nhớ:

- Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 đến 1000 dòng lệnh tuỳ vào công nghệ chế tạo

- Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K đến 10K, có khả năng chứa từ 2000 đến 16000 dòng lệnh

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng RAM,EPROM

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON/OF) để thực hiện việc

đóng ngắt mạch ở đầu ra

3.1.3 Điều khiển bằng vi điều khiển

1.Tổng quan về kỹ thuật vi điều khiển

a Khái quát chung về vi điều khiển

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-conrtollor, là mạch tích hợp trên một chíp có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống Theo chương trình điều khiển đã nạp sẵn bên trong chíp, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin ,

xử lý thông tin, sau đó dựa vào kết quả quá trình hoạt động của các thiết bị bên ngoài

Vi điều khiển được ứng dụng trong nhiều sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng

Trong các thiết bị điên và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thoại, Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động Các hệ thống càng

“thông minh” thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng

b Sơ đồ khối của một bộ vi điều khiển

Sơ đồ khối chung của hầu hết các bộ vi điều khiển bao gồm CPU, bộ nhớ ROM hay EPROM và RAM, mạch giao tiếp, mạch giao tiếp song song, bộ định thời gian, hệ thống ngắt và các BUS được tích hợp trên cùng một chip

Giao tiếp song song

Thiết bị nối tiếp

Thiết bị song song

Hình 3.4: Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển

c Cấu trúc của vi điều khiển 8051

+ 4 kbyte ROM

+ 128 byte RAM

+ 4 port I/0 8 bit

+ Hai bộ định thời 16 bits

+ Giao tiếp nối tiếp

+ 64KB không gian bộ nhớ chương trình ngoài

+ 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu ngoài

+ Bộ xử lý (thao tác trên các bit)

- 210 bit được địa chỉ hóa

- Bộ nhân / chia 4s

d Cấu trúc bên trong của 8051

Hình 3.5 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển 8051

INT\1 INT\0

TIMER2 TIMER1 PORT nối tiếp

128 byte Ram

Rom 4K-8951

OK-8031

Timer1 Timer2

Điều khiển

ngắt

Điều khiển bus

CPU

Port nối tiếp Các port I/O

Tạo dao

động

Phần chính của vi điều khiển 8051 là bộ xử lí trung tâm (CPU: central processing unit) bao gồm :

+ Thanh ghi tích lũy A

+ Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia

+ Đơn vị logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit )

+ Từ trạng thái chương trình (PSW: Prorgam Status Word)

+ Bốn băng thanh ghi

Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên

trong Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp

Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm

Các cổng (port0, port1, port2, port3), sử dụng vào mục đích điều khiển Ở cổng 3

có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên ngoài

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập với nhau Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong dãy rộng và được ấn định bằng một bộ định thời

Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi :

+ Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh

+ Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí Khi CPU làm việc nó làm thay đổi nội dung của các thanh ghi

3.1.4 Khảo sát PLC loại S7-200 của hãng siemens

3.1.4.1 Cấu Hình Phần Cứng

S7- 200 là thiết bị điều khiển lo- gic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENS

(CHLB ĐỨC) sản xuất, có cấu trúc theo kiểu mo-dul mở rộng Các modul này được

sử dụng cho nhiều kiểu lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7- 200 là khối vi

xử lý CPU- 212, CPU- 214, CPU- 224 Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào / ra và nguồn cung cấp

- CPU- 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra có khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng

- CPU- 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra có khả năng được mở rộng thêm bằng

- 2048 từ đơn tức là 4 K byte, thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu, trong đó 512

từ đầu thuộc miền non- volatile

- Tổng số ngõ vào /ra cực đại là: 64 ngõ vào và 64 ngõ ra

- 128 Time chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Time 1ms, 16 Time 10ms, 108 Time 100ms

- 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiền vừa đếm lùi

- 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc

- Các chế độ xử lý ngắt nguồn gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung

- SF ( đèn có ánh sáng màu đỏ) báo hiêu hệ thống bị hỏng

- RUN ( đèn có ánh sáng màu xanh) chỉ PLC đang ở chế độ làm việc, (có ánh sáng màu cam) chỉ PLC đang được nạp chương trình từ máy tính PC qua cổng RS232

- STOP (đèn có ánh sáng màu vàng) chỉ PLC đang ở chế độ dừng chương trình

và đang thực hiện lai