Đồ án thiết kế hệ thống Tự động hoá : Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200

Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống SCADA đã phát triển mạnh và chiếm một vị trí rất quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân Kỹ thuật điều khiển logic khả trình phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính

và từng bước phát triển tiếp cận theo nhu cầu phát triển của công nghiệp Ngày nay PLC có 1

vị trí rất quan trọng trong nền công nghiệp và nó được coi là trung tâm là bộ não của các hệ thống điều khiển

Là một sinh viên ngành tự động hóa , em cảm thấy rất tự hào khi được học tập và nghiên cứu các bộ môn trong ngành tự động hóa trong đó điển hình là môn “Hệ thống SCADA và ứng dụng trong công nghiệp” với những ứng dụng rất quan trọng và rộng lớn trong các ngành công nghiệp cũng như đời sống

Và đặc biệt là trong kỳ làm bài tập lớn này chúng em đã có cơ hội kiểm nghiệm tính đúngđắn và ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã được học về PLC

Nội dung bài tập lớn của chúng em là :” Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200” với 3 nội dung chính :

- Chương 1- Tổng quan về công nghệ hệ thống trạm trộn bê tông

- Chương 2- Giới thiệu tổng quan về phần mềm TIA-Portal và bộ điều khiển PLC 1200

S7 Chương 3S7 Soạn thảo chương trình, lưu đồ thuật toán và nối dây thiết bị

Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo Bùi Tuấn Anh đã quan tâm và hướng dẫn , chúng em tận tụy, nhiệt tình

Chúng em xin chân thành cám ơn!

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG

TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

1.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông

Hình 1.1: Trạm trộn bê tôngTrạm trộn bê tông được chế tạo nhằm sản xuất ra bê tông với chất lượng tốt và đáp ứng nhanh nhu cầu về bê tông trong xây dựng Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ

tự động hóa cao thường được sử dụng phục vụ cho các công trình vừa và lớn hay cho một khuvực có nhiều công trình đang xây dựng

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 mỗi côngtrường cũng như ngành xây dựng trong nước Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính:Bộ phậnchứa 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 sản xuất bê tông và vữa xây dựng trong một dây chuyền thì có thể giảm được 32% diện tích mặt bằng, từ 30%:50% công nhân, từ 8%:j9% vốnđầu tư thiết bị Một nhà máy bê tông và vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông và vữa cung cấp không quá 300.000 m3 / năm

1.2 Cấu tạo chung của trạm trộn

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

1.2.1 Bãi chứa cốt liệu.

Bãi chứa cốt liệu là một khoảng đất trống dùng để chứa cốt liệu (cát, đá to đá nhỏ) ở đây 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 cũng như lấy cốt liệu đưa lên máy trộn

1.2.2 Hệ thống máy trộn bê tông.

Hệ thống máy trộn bê tông bao gồm hệ thống thùng chứa liên kết với hệ thống định lượngdùng để xác định chính xác tỉ lệ các loại nguyên vật liệu cấu tạo nên bê tông Băng tải dùng

để đưa cốt liệu vào thùng trộn và gồm máy bơm nước, máy bơm phụ gia, xi lô chứa 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

1.2.3 Hệ thống cung cấp điện.

Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có công suất lớn vì vậy trạm trộn bê tông cần

có một hệ thống cung cấp điện phù hợp để cung cấp cho các động cơ và nhiều thiết bị khác

1.3 Phân loại trạm trộn

Dựa theo năng suất, người ta chia các nơi sản xuất bê tông thành 3 loại như sau:

+ Trạm bê tông năng suất nhỏ (10:30 m3 / h)

+ Trạm trộn bê tông năng suất trung bình (30:60 m3 / h)

+ Nhà máy sản xuất bê tông năng suất lớn (60:120 m3 / h)

1.3.1 Trạm cố định

Trạm phục vụ cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ đồng thời cung cấp bê tông phục

vụ trong phạm vi bán kính làm việc hiệu quả Thiết bị của trạm được bố trí theo dạng tháp, một công đoạn có ý nghĩa là vật liệu được đưa lên cao một lần, thao tác công nghệ được tiến hành Thường vật liệu được đưa lên độ cao từ (18÷20) m so với mặt đất, chứa trong các phễu

xi măng (chứa trong xi lô)

Trong quá trình dịch chuyển xuống chúng được đi qua cân định lượng sau đó đưa vào máy trộn Điểm cuối cùng của cửa xả bê tông phải cao hơn miệng cửa nhận của thiết bị nhận

bê tông.Trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn bê tông nào chỉ cần chúng đảm bảo mối tương quan về năng suất với các thiết bị khác Để phục vụ cho công tác bê tông yêu cầu khối lượng lớn, tập trung, đường xá vận chuyển thuận lợi, cự ly vận chuyển dưới 30 km thì sửdụng trạm này là kinh tế nhất Trong trường hợp vừa có các công trình tập trung yêu cầu khối

lượng lớn, vừa có các điểm xây dựng phân tán đặc trưng cho các đô thị Việt Nam cần sử dụng

sơ đồ hỗn hợp, vừa cấp hỗn hợp khô cho các công trình nhỏ, phân tán đường xá lưu thông kém Nếu cung cấp bê tông thì phải dùng ôtô trộn còn cung cấp hỗn hợp khô thì việc trộn sẽ được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông

1.3.2 Trạm tháo lắp di chuyển được

Dạng này có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng, di động phục vụ một số vùng hay công trình lớn trong một thời gian nhất định Thiết bị công nghệ của trạm thường được bố trí dạng

2 hay nhiều công đoạn, nghĩa là vật liệu được đưa lên cao nhờ các thiết bị ít nhất là 2 lần Thường trong giai đoạn này phần định lượng riêng và phần trộn riêng, giữa hai phần được nốivới nhau bằng thiết bị vận chuyển (gầu vận chuyển, băng tải xe, xe vận chuyển)

Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băng chuyền vào các phễu riêng biệt sau đó là quá trình định lượng Tiếp theo vật liệu được đưa lên cao lần nữa để cho vào máy trộn Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn nào miễn

là đảm bảo mối tương quan về năng suất và chế độ làm việc của các thiết bị khác Cửa xả phảicao hơn cửa nhận bê tông của thiết bị vận chuyển (nếu tháp cao hơn phải đưa lên cao một lần nữa) So với dạng cố định loại trạm này có độ cao nhỏ hơn nhiều (từ 7m÷10m) nhưng lại chiếm mặt bằng khá lớn Phần diện tích dành cho khu vực định lượng, phần diện tích dành cho trộn bê tông và phần nối giữa hai khu vực dành cho vận chuyển

Trên thực tế, tổng mặt bằng cho loại trạm này nhỏ hơn vì chúng có sản lượng nhỏ hơn nên bãi chứa cũng nhỏ hơn

Khi xây dựng các công trình phân tán, đường xấu, lưu thông xe không tốt thường sử dụngcác trạm trộn di động hoặc cung cấp bê tông khô trên các ô tô trộn Việc trộn được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông

1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông

- 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 dụnglên xi lô

Xi măng được đưa lên miệng xi lô nhờ trục vít xoắn hướng trục với xi lô chứa Từ miệng

xi lô chứa xi măng được vận chuyển tới cân định lượng rồi xả vào thùng trộn

- Xe kíp, dùng để vận chuyển cốt liệu từ 3 phễu riêng biệt lên các thùng cân

1.4.2.1 Kiểm tra các điều kiện làm việc

Để bắt đầu một quá trình hoạt động mới, tránh trường hợp có quá trình hoạt động trước

đó (chẳng hạn như sự cố) Trong thùng cân nước, cân phụ gia, cân xi măng, thùng trộn 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

Sau khi quá trình chuẩn bị xong Từ máy tính người vận hành nhập các thông số của mác

bê tông như: khối lượng cát, đá1, đá2, xi măng, nước, phụ gia, số mẻ và các dữ liệu quản lý hành chính như tên lái xe, biển số xe, ngày, giờ xuất hành

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

Nếu là chế độ tự động người vận hành nhấn nút Auto, nếu là chế độ bằng tay thì nhấn nút Manual

1.4.2.2 Chế độ điều khiển tự động

Ở chế độ điều khiển tự động người vận hành chỉ cần nhấn nút Start trên bàn điều khiển Động cơ trộn bê tông cho chạy ở chế độ không tải Máy sẽ tự động cân đo các khối lượng nguyên vật liệu, ở đây thực hiện phương pháp cân riêng lẻ

Mở van xả cát, cát được xả xuống băng tải để đưa lên thùng cân Đồng thời đá cũng xả đểđưa lên thùng cân

Trong quá trình cân cốt liệu đồng thời cân luôn xi măng ,nước và phụ gia Xi măng từ xi

lô chứa đưa vào thùng cân nhờ vít tải, khi khối lượng xi măng bằng khối lượng đặt thì dừng

động cơ vít tải Nước, phụ gia được bơm lên đưa vào thùng cân cho đến khi bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ bơm nước và phụ gia.

Khi điều kiện thùng trộn “rỗng', cửa xả thùng trộn “đóng”, thì cốt liệu và xi măng được đưa đổ vào thùng trộn bê tông bắt đầu quá trình trộn khô Sau thời gian trộn khô là 10s thì xả nước và phụ gia vào trộn, bắt đầu thời gian trộn ướt là 10s (Thời gian trộn một mẻ khoảng 20s) thì cửa xả thùng trộn mở ra, bê tông được xả vào xe chuyên dụng Sau thời gian xả khoảng 10s, đóng cửa xả bê tông lại Kết thúc một mẻ trộn

Để chuẩn bị cho một mẻ trộn mới thì trong quá trình trộn bê tông và sau khi xả nguyên liệu: cát, đá, nước, xi măng và phụ gia tiếp tục được vận chuyển lên thùng cân nghĩa là : Khi

số mẻ trộn chưa bằng số mẻ đặt thì sau khi xả cốt liệu và xi măng xong sẽ tiếp tục quay lại thực hiện cân cốt liệu và xi măng Khi xả nước và phụ gia xong cũng tự động quay lại cân nước, phụ gia Khi cân đủ thì dừng lại chờ mẻ tiếp theo

Khi số mẻ bằng số mẻ đặt thì dừng hết quá trình cân lại

1.4.2.3 Chế độ điều khiển bằng tay

Ở chế độ điều khiển bằng tay,người vận hành gạt công tắc cân vật liệu xuống OFF, quan sát số liệu cân bằng thiết bị hiển thị trên bàn điều khiển hoặc quan sát trên màn hình phần mềm

Nhấn nút chạy động cơ trộn

Đưa tay gạt sang chế độ hoạt động bằng tay, gạt chuyển mạch đóng mở cửa xả sang vị trí

“Stop”, khi cần điểu khiển, gạt chuyển mạch sang vị trí đóng hoặc mở cửa xả để đóng, mở cửa xả

Nhấn nút cấp cát,đá, đồng thời cấp luôn xi măng, nước, phụ gia Người vận hành theo dõi

số cân hiển thị trên máy tính, khi đủ nhấn vào một lần nữa các nút để dừng quá trình cấp Khicốt liệu đã được cấp đủ đưa chúng vào thùng trộn Lúc này nhấn nút xả cốt liệu đồng thời nhấn nút xả xi măng Do động cơ trộn luôn chạy trong quá trình hoạt động nên sau khi xả xong cốt liệu, xi măng coi như máy đang trôn bê tông khô, thời gian trộn ướt được bắt đầu tính khi xả nước và phụ gia Sau khi trộn ướt mẻ bê tông đã được hoàn thành, người vận hành chỉ việc nhấn nút xả bê tông

Không để chuyển mạch đóng mở cửa xả ở vị trí “tự động” vì khi đó có thể bê tông sẽ bị

xả theo chế độ tự động trong khi chưa cân đủ nước hoặc đủ xi măng

1.5 Thành phần vật liệu trộn bê tông

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

1.5.1 Xi măng

Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng xen giữa các hạt cốt liệu, đồng thời tạo ratính 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 dụngtương 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

1.5.2 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

1.5.3 Đá dăm

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 rahay bê tông cần sản xuất

1.5.4 Nước

Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảo dưỡng bê tông) phảiđảm 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.

1.5.5 Phụ gia

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

Thông thường phụgia sử dụng có hai loại: Loại rắn nhanh và loại hoạtđộng bề mặt

Phụ gia rắn nhanh thường là loại muối gốc (CaCl2) hay muối Silic Do là chất xúc tác và tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của C3S và C2S mà phụ gia CaCl2 có khả năng rút ngắn 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 rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt hoặc các phụ gia tăng độ bền nước

Thành phần vật liệu của bê tông đóng vai trò quyết định đến chất lượng hay quyết định đến cường độ chịu lực cũng như mác của bê tông.Từ thực nghiệm người ta đã xác định được mác của bê ông ứng với từng loại vật liệu nhất định với một tỉ lệ xác định, ngược lại từ mác của bê tông người ta dễ dàng tra được tỉ lệ thành phần trong bê tông

1.5.6 Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông

Khái niệm mác bê tông : Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu

bê tông Theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tônghình lập phương có kích thước 150

mm X 150 mm X 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết Sau đó được đưa vào máy nén để

đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm2) hoặc daN/cm2 (kg/cm2)

Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt,trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là mác bê tông

1.6 Các thiết bị trong hệ thống:

1.6.1 Áp- tô- mát:

Áp-tô-mát, còn gọi là máy ngẳt tự động hay CB, là loại khí cụ điện dùng để ngắt tự động các mạch điện một chiều và xoay chiêu khi xảy ra quá tải, ngắn mạch, sụt áp, Chúng cũng được dùng để đóng ngắt không thường xuyên các mạch đỉện trong điều kiện làm việc bình

Áp-tô-mát được dùng trong các thiết bị điện xoay chiều có điện áp tới 500V, trong các thiết bị điện một chiều điện áp tới 3300V

Trong những năm gần đây, các thiết bị điện của máy công cụ đã sử dụng rộng rãi loại khí

cụ này, vì nó đảm bảo được độ chính xác cao vê dòng điện và điện áp cần ngắt, đồng thời nó

có thể thay thế chức năng của cầu dao vả cầu chảy để bảo vệ và đóng ngắt mạch điện

Hình 1.2: Cấu tạo áp tô mát

Hình 1.3: Đặc tính dây chảy của cầu chì

Dòng điện qua dây chảy càng lớn, thời gian chảy đứt càng nhỏ, đường cong 2 là đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ Để cầu chì bảo vệ đối tượng nào thì đường cong 1 phải nằm dưới đặc tính đường cong 2

1.6.3 Rơ le nhiệt:

Rơ le nhiệt là loại khí cụ điện làm việc trên cơ sở tác dụng nhiệt của dòng điện Phần tử cảm nhiệt có thể dùng nhiều loại khác nhau nhưng thường dùng hơn cả trong thiết bị điện là tấm kim loại kép có hệ số nở nhiệt khác nhau

Các tấm kim loại thường làm từ hai kim loại ghép lại với nhau bằng phương pháp hàn hoặc cán nóng Hai kim loại có hệ số nở nhiệt khác nhau thường dùng là đồng thau và inva Khi bị nung nóng, tấm kim loại kép sẽ bị uốn cong về phía tấm kim loại có hệ số nở nhiệt bé hơn

Hình 1.4: Sơ đồ rơ le nhiệt

Khi cấp nguồn điện cho công tắc tơ, cuộn dây điện từ sẽ từ hóa lõi sắt thành nam châm điện và hút phần ứng di động Phần ứng di động đi lên phía trên mang các tiếp điểm di động

di chuyển tiếp xúc với các tiếp điểm cố định làm đóng mạch điện và dòng điện đi từ Li sang

Ti và lò xo tác dụng ép chặt các tiếp điểm vào nhau Khi thôi cấp nguồn điện cho công tắc tơ, cuộn dây điện từ mất nguồn, phần ứng trở về vị trí cũ mang các tiếp điểm động trở về vị trí ban đầu, ngắt điện chạy từ Li sang Ti

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIAPORTALVÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-1200

2.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200

Dòng sản phẩm PLC đầu tiên của Siemens là PLC S7-200 Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính năng linh hoạt và sức mạnh điều khiển nhiều thiết bị

đa dạng Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ khiến cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng nhỏ

Module CPU của PLC S7-1200 tích hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn, ngõ vào/ra, cổng mạng PROFINET, các bộ đếm tốc độ cao (HSC), các ngõ vào tương tự tạo nên một bộđiều khiển có tính năng mạnh mẽ

Module CPU cung cấp một cổng PROFINET dành cho việc trao đổi thông tin qua mạng PROFINET Một số các module truyền thông mở rộng khác cho phép ghép nối

và truyền thông PLC S7-1200 qua mạng PROFIBUS, GPRS, RS485, RS232, IEC, DNP3 và WDC

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens

Phân loại

Có nhiều cách phân loại PLC S7-1200.

- Theo bộ vi xử lý, PLC S7-1200 được phân chia thành 5 dòng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU1214C, CPU 1215C, CPU 1217C

- Theo nguồn nuôi cung cấp cho CPU, ngõ vào và ngõ ra tích hợp trên CPU:

+ Loại AC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là xoay chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ

ra xoay chiều hoặc 1 chiều

+ Loại DC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là một chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ

ra xoay chiều hoặc 1 chiều

+ Loại DC/DC/DC: nguồn nuôi cấp cho CPU, ngõ vào, ngõ ra đều là 1 chiều

Ưu điểm và ứng dụng

- Ưu điểm

– Giảm đến 80% số lượng dây nối

– Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

– Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng

– Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng

– Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển

– Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình

– Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều này làm tăng tốc độ và năng suất PLC

– Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

– Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học

– Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

– Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức tạp.– Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

– Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet, các Modul mở rộng

– Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ

– Giá bán cạnh tranh

Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được, chỉ số

IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động.

– Điều khiển bơm

– Dây chuyền xử lý hoá học

– Công nghệ sản xuất giấy

– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

– Sản xuất xi măng

– Công nghệ chế biến thực phẩm

– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn

– Dây chuyền lắp giáp Tivi

– Điều khiển hệ thống đèn giao thông

– Quản lý tự động bãi đậu xe

– Hệ thống báo động

– Dây chuyền may công nghiệp

– Điều khiển thang máy

– Dây chuyền sản xuất xe ôtô

1 Bộ phận kết nối nguồn

2 Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

3 Các LED trạng thái dànhcho I/Otích hợp

4 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

2.2.2 Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU

 SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)  SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

Các LED trạng thái trên

SB

Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

2.2.3 Các module tín hiệu

Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU

1 Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu

2 Bộ phận kết nối đường dẫn

3 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

2.2.4 Các module truyền thông

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)

1 Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

2 Bộ phận kết nối truyền thông

Phần mềm lập trình TIA Portal V14

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC

 Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP

 Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau Sau đây là cách tạo một project trên

Một số thao tác cơ bản khi làm quen với phần mềm

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V14

Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án

Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Bước 4: Chọn Configure a device

Bước 5: Chọn Add new device

Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Bước 7: Project mới được hiện ra

2.Giao diện giám sát WinCC:

WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp

WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để giámsát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Nói rõ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human MachineInterface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như:Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.

Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người

và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay

2.1 Chức năng của WinCC(HMI)

 Hiển thị quá trình:

Quá trình được hiển thị trên thiết bị HMI(WinCC) Màn hình trên thiết bị HMI được cập nhật một cách năng động Điều này được dựa trên các sự chuyển tiếp quá trình

 Điều khiển vận hành của quá trình:

Người vận hành có thể điều khiển quá trình bởi GUI Ví dụ, người vận hành có thể đặt trước các giá trị tham khảo cho điều khiển hay khởi động một động cơ