Nghiên cứu ứng dụng các bộ điều khiển hiện đại để nâng cáo chất lượng điều khiển dây chuyền sản xuất bê tông nhựa nóng tại công ty xây dựng phương thảo hưng yên

LỜI CẢM ƠNLuận văn “Nghiên cứu, ứng dụng các bộ điều khiển hiện đại để nâng cao chất lượng điều khiển dây chuyền sản xuất bê tông nhựa nóng tại Công ty xây dựng Phương Thảo- Hưng Yên" đư

-TRẦN TÙNG CHUẨN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI

ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN

SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA NÓNG TẠI CÔNG TY XÂY DỰNG PHƯƠNG THẢO - HƯNG YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

-TRẦN TÙNG CHUẨN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI

ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN

SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA NÓNG TẠI CÔNG TY XÂY DỰNG PHƯƠNG THẢO - HƯNG YÊN

Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HÓA

Mã số: 60.52.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS ĐÀO VĂN TÂN

HÀ NỘI - 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêutrong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trìnhnào khác

Tác giả luận văn

Trần Tùng Chuẩn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng các bộ điều khiển hiện đại để nâng cao

chất lượng điều khiển dây chuyền sản xuất bê tông nhựa nóng tại Công ty xây dựng Phương Thảo- Hưng Yên" được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, sự

giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn và các bạn đồng nghiệp

Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đào Văn Tân đã hướng dẫn,

định hướng cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ, công nhân viên Công ty TNHH xâydựng Phương Thảo về sự giúp đỡ trong quá trình tìm hiểu, thu thập số liệu từ thực

tế của dây chuyền

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo Bộ môn Tự động hóa

xí nghiệp Mỏ và Dầu khí, Khoa Cơ - Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo

điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong công tác nghiên cứu

Với thời gian và kiến thức có hạn chắc chắn luận văn sẽ còn thiếu sót, kínhmong thầy, cô và các bạn đồng nghiệp góp ý để luận văn được hoàn thiện hơn /

Chương 1- KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Chương 2- THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

TRẠM TRỘN BÊ TÔNG NHỰA NÓNG PHƯƠNG THẢO SỬ

2.1 Công nghệ sản xuất của Trạm trộn bê tông nhựa nóng Phương Thảo 16

2.3 Tổng hợp hàm logic hệ thống sản xuất bê tông nhựa nóng dựa trên

Chương 3- SỬ DỤNG BIẾN TẦN ĐỂ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG

3.1 Lựa chọn giải pháp trang bị điện và điều khiển ổn định nhiệt độ nhựa

3.2 Xây dựng mô hình toán học của hệ thống giữ ổn định nhiệt độ nhựa

Chương 4- THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

4 Bảng 3.1 Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường đặc theo Tiêu chuẩn

15 Bảng PL5.3 Mối quan hệ điện trở - Nhiệt độ với RTD sử dụng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang

5 Hình 2.1 Trình tự thực hiện tổng hợp theo ma trận trạng thái 18

20 Hình 3.3 Gia nhiệt gián tiếp với ON/OFF Controller, điều khiển

25 Hình 3.8 Bộ biến tần nghịch lưu nguồn áp và dòng điện 50

26 Hình 3.9 Quan hệ dòng điện và điện áp của biến tần 1 pha, tải

30 Hình 3.13 Dạng xung áp đầu ra của biến tần chuyển mạch dạng

33 Hình 3.16 Khảo sát thành phần điện áp ra của biến tần 3 pha 57

35 Hình 3.18 Mô tả điều khiển biến tần theo phương pháp điều chế

36 Hình 3.19 Vị trí tương đối của các vector chuẩn so với các trục

37 Hình 3.20 Mẫu xung điều khiển của các van ở các góc phần sáu 61

38 Hình 3.21 Cấu trúc hệ thống điều khiển số cho biến tần nguồn áp

47 Hình 3.30 Mạch mô phỏng điều khiển động cơ AC4 70

54 Hình 3.37 Sơ đồ mạch bộ điều khiển trực tiếp từ thông và mô

57 Hình 3.40 Khai báo thông số bộ chỉnh lưu ba pha, hình cầu,

59 Hình 3.42 Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống điều khiển giữ ổn định

60 Hình 3.43 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển xét nhiễu tăng/giảm

61 Hình 3.44 Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống điều khiển xét nhiễu ngẫu

71 Hình 3.54 Nhiễu Pseudorandom Noise 83

78 Hình 4.2 Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát

79 Hình 4.3 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển

81 Hình PL2.2 Mở van V0 cấp dầu nóng FO vào đầu đốt tang sấy 116

95 Hình PL2.16 Chạy băng tải phụ gia để thực hiện cân phụ gia 123

96 Hình PL2.17 Đã cân đủ phụ gia và mở trục vít đưa phụ gia vào

97 Hình PL2.18 Đưa trục vít về vị trí ban đầu khi đã xả đủ phụ gia 124

98 Hình PL2.19 Thực hiện bơm nhựa từ thùng nhựa đường lên để

116 Hình PL5.1 Sơ đồ ghép nối kiểu 2 dây, xử lý chính xác bằng cách

117 Hình PL5.2 Sơ đồ thêm dây thứ 3 cho phép RTD bù điện trở dây 145

118 Hình PL5.3 Sơ đồ ghép nối 4 dây, cho phép đo nhiệt độ Kelvin,giúp loại bỏ hiệu ứng điện áp rơi như trong trường hợp nối 2 dây 145

119 Hình PL5.4 Sơ đồ bù tuyến tính bằng cách thêm điện trở R2 để

120 Hình PL5.5 Đồ thị mô tả giá trị ra thô của PT100 (xấp xỉ tuyến

124 Hình PL5.9 Sơ đồ sử dụng chuyển đổi ADC để chuyển tín hiệu racủa RTD thành giá trị số sử dụng vi điều khiển Sau đó, vi điều

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay các dây chuyền tự động đã đem lại năng suất cao, giảm nhân công,giảm độc hại,…đem lại lợi ích kinh tế to lớn trong nền kinh tế quốc dân Tuy nhiên

là một quốc gia đang phát triển, trong quá trình chuyển giao và nhập khẩu côngnghệ Việt Nam không tránh khỏi nhập khẩu các công nghệ cũ so với sự phát triểntiên tiến vượt trội của thế giới Việc tìm hiểu, đánh giá, cải tiến các dây chuyềncông nghệ tự động để bắt kịp với sự phát triển nhanh chóng của thế giới là vấn đềcấp thiết đặt ra đối với các cán bộ kỹ thuật trong điều kiện hiện nay

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Để tìm hiểu và đánh giá dây chuyền công nghệ sản xuất bê tông nhựa nóng

hiện tại của Công ty TNHH xây dựng Phương Thảo và đưa ra các giải pháp cải tiếnnhằm tăng năng suất, chất lượng và mức độ tự động hóa cho dây chuyền

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng

Dây chuyền sản xuất bê tông nhựa nóng của Công ty TNHH xây dựng PhươngThảo- tỉnh Hưng Yên

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu cải tiến dây chuyền công nghệ hiện tại sử dụng PLC S7-300

- Nghiên cứu, ứng dụng biến tần để điều khiển lưu lượng bơm dầu nóng

- Nghiên cứu thiết kế giao diện ghép nối với máy tính

4 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu, đánh giá dây chuyền công nghệ sản xuất bê tông nhựa nóng củaCông ty TNHH xây dựng Phương Thảo

- Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến dây chuyền công nghệ sản xuất bê tông nhựanóng dựa trên PLC S7-300

- Nghiên cứu việc sử dụng biến tần điều khiển lưu lượng bơm dầu nóng để giữ

ổn định nhiệt độ nhựa đường

- Thiết kế giao diện tổng thể cho dây chuyền tự động ghép nối với máy tính

5 Phương pháp nghiên cứu

- Từ các dây chuyền công nghệ thực tế và lý thuyết điều khiển logic tiến hành

thiết kế hệ thống điều khiển tự động bằng PLC S7-300

- Mô phỏng và hiệu chỉnh thiết kế trên phần mềm simulation PLC củaSiemens

- Nghiên cứu, thiết kế và ứng dụng biến tần để điều khiển lưu lượng bơm dầunóng giữ ổn định nhiệt độ nhựa đường

- Giám sát hệ thống bằng phần mềm WinCC 6.0

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

Để có thể cạnh tranh trên thương trường trong điều kiện khủng hoảng kinh tếnhư hiện nay, các công ty vừa và nhỏ của Việt Nam cần phát triển theo chiều sâu

thay vì phát triển theo chiều rộng như trong thời gian vừa qua Hai tiêu chí để pháttriển theo chiều sâu mà công ty phải đặc biệt quan tâm là: năng suất của dây chuyền

và chất lượng của sản phẩm Với các cải tiến mà luận văn nghiên cứu có thể giảiquyết được hai tiêu chí trên và vốn đầu tư cải tiến lại rất khiêm tốn; có thể chấpnhận được Đó chính là ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

7 Nội dung của luận văn

Luận văn bao gồm phần mục lục, mở đầu, 4 chương và 06 phụ lục với tổng số

165 trang (98 trang nội dung chính, 15 bảng, 127 hình vẽ và đồ thị)

8 Bố cục của luận văn

Chương 1

KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

CỦA TRẠM TRỘN BÊ TÔNG NHỰA NÓNG PHƯƠNG THẢO

1.1 Tổng quan Trạm trộn bê tông nhựa nóng Phương Thảo

1.1.1 Giới thiệu chung

Trạm trộn bê tông nhựa nóng (sau đây gọi tắt là Trạm trộn) được Công tyTNHH xây dựng Phương Thảo đầu tư, lắp đặt tại xã Trưng Trắc, huyện Văn Lâm,tỉnh Hưng Yên Vị trí lắp đặt trạm trộn nằm cách quốc lộ 5 (nối thành phố Hà Nộivới thành phố Hải Phòng) 100 m, cách huyện Gia Lâm - Hà Nội 7 km, cách CảngHải Phòng 70 km và thành phố Hưng Yên- tỉnh Hưng Yên 45 km Nơi đây là khuvực công nghiệp tập trung lớn nhất của tỉnh Hưng Yên

Trạm trộn có công suất 50 tấn/giờ mang ký hiệu TCB-700CK là loại trạm trộn

cưỡng bước- chu kỳ do Công ty cơ khí ôtô 1-5 chế tạo, lắp đặt, hiệu chỉnh và bàn

giao cho Công ty TNHH xây dựng Phương Thảo để sử dụng

Sản phẩm bê tông nhự nóng (Asphalt) của trạm trộn đã đáp ứng được yêu cầu

về chất lượng để thi công các công trình công nghiệp, giao thông chất lượng caophục vụ phát triển kinh tế - xã hội trong và ngoài tỉnh Hưng Yên Đây là một điểnhình trong ứng dụng tự động hóa vào sản xuất bê tông nhựa nóng trên địa bàn tỉnh

Hưng Yên để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và bảo vệ môi trường

Trạm trộn có một số đặc điểm chính: Kết cấu gọn, mặt bằng chiếm chỗ nhỏ,

dễ tháo lắp, cơ động do được lắp ghép từ các khối thiết bị độc lập (kết cấu module);

hệ thống cân đong vật liệu, phụ gia và nhựa đường riêng biệt sử dụng cân điện tửhiện số cấp chính xác cao; hệ thống điều khiển hiện đại và thuận lợi, có 03 chế độ

điều khiển là tự động hoàn toàn, bán tự động và ấn nút bằng tay; hệ thống sấy nóng

vật liệu và nhựa đường được đo bằng các cảm biến nhiệt - điện tử nhiệt số; đầu đốttang sấy hiện đại có điều khiển tự động; hệ thống nấu nhựa gián tiếp cho chất lượngnhựa tốt; kết cấu hệ thống lọc bụi gọn, hợp lý đảm bảo tiêu chuẩn môi trường; chất

lượng bê tông nhựa nóng tùy theo mác đều đạt yêu cầu đối với 03 tiêu chí là đủ

nhiệt độ, trộn đều và đảm bảo chính xác tỷ lệ thành phần nguyên liệu

1.1.2 Đặc tính kỹ thuật chủ yếu của trạm trộn

Trạm trộn bê tông nhựa nóng Phương Thảo có các đặc tính kỹ thuật chủ yếu

qui định trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Đặc tính chủ yếu của trạm trộn

10 Năng suất sấy khô của tang sấy khi vật liệu có

220/ 38050

1.2 Cấu tạo, công dụng và nguyên lý hoạt động các cụm máy

Sơ đồ mô tả tổng thể trạm trộn TCB-700CK trình bày trong hình PL3.1- Phụlục 3 Hình 1.1 là hình ảnh Trạm trộn do tác giả chụp từ thực địa

Hình 1.1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng Phương Thảo

1.2.1 Phễu cấp liệu

Phễu cấp liệu dùng để chứa vật liệu (cát, đá nhỏ, đá trung bình, đá to) và cungcấp điều hòa theo lệnh các vật liệu vào băng tải cao su Phía đáy phễu là máng rung

được treo trên 04 lò xo và dây cáp thép Máng rung có độ nghiêng xuôi chiều dòng

chảy vật liệu với góc nghiêng 100 120 Rung động của máng rung được tạo ra bởi

động cơ gây rung có công suất 0,8 kW, tốc độ 2840 vòng/phút

Vật liệu được định lượng sơ bộ bằng cách điều chỉnh cao độ của cửa mở làmcho khe hở giữa lòng máng rung với cánh cửa thay đổi tạo ra mọi thiết diện dòngchảy vật liệu phù hợp với thành phần cấp phối

1.2.2 Băng tải cao su

Băng tải cao su có nhiệm vụ vận chuyển vật liệu đã được định lượng sơ bộ từ

các phễu chứa vật liệu tới băng gầu nguội Băng tải được dẫn động bởi động cơ cócông suất 4 kW Ở đầu tang bị động của băng tải có 02 vít dùng để tăng chỉnh độ

căng của băng tải

1.2.3 Băng gầu nguội

Băng gầu nguội có nhiệm vụ cung cấp vật liệu đều đặn vào tang sấy Cấu tạo

chủ yếu của băng gầu nguội là các gầu xúc được lắp ráp trên 2 nhánh xích tải Đầutrên là đĩa xích chủ động, đầu dưới là đĩa xích bị động Hai đĩa này được lắp ráptrên 2 trục với 4 ổ đỡ Các ổ đỡ được lắp ráp vào khung cố định của băng gầu, 2 ổ

đỡ phía dưới có thiết kế 2 vít me để điều chỉnh xích tải Khung của băng gầu nguộiđặt nghiêng so với mặt đất một góc xấp xỉ 700 và được lắp ghép vào tai đỡ miệngtang sấy Đĩa xích chủ động của băng gầu được dẫn động bởi động cơ công suất

4kW.

1.2.4 Băng gầu nóng

Băng gầu nóng có nhiệm vụ vận chuyển vật liệu sau khi đã sấy đạt nhiệt độ

làm việc 180 0C đến 220 0C từ tang sấy lên sàng phân loại Về mặt cấu tạo, bănggầu nóng cơ bản giống như băng gầu nguội nhưng có những điểm khác nhau là:

Băng gầu nóng vận chuyển vật liệu khô và nóng do vậy nó có vỏ che phía ngoài để

tránh bụi và thất thoát nhiệt và vật liệu Băng gầu nóng được lắp ráp với khung thápphễu qua 2 thanh đỡ phía trên có bu lông xiết chặt Phía dưới băng gầu nóng cóphễu nhập vật liệu nghiêng dốc về phía gầu xúc

1.2.5 Băng gầu vận chuyển phụ gia

Băng gầu phụ gia có nhiệm vụ vận chuyển phụ gia từ vít xoắn số 1 đưa lên

tháp phễu Trên tháp phễu có bố trí phễu chứa phụ gia và vít xoắn số 2 để đưa phụgia vào phễu cân phụ gia Về cấu tạo của 2 băng gầu nóng, nguội và băng gầu phụgia là giống nhau chỉ khác ở chỗ chiều dài của băng gầu phụ gia ngắn hơn của bănggầu nóng Gầu xúc của băng gầu phụ gia nông hơn, đảm bảo vật liệu bột đá dễ thoát

hơn

1.2.6 Vít xoắn vận chuyển phụ gia

Trạm trộn có bố trí 2 vít xoắn để vận chuyển phụ gia Vít xoắn số 1 có nhiệm

vụ vận chuyển phụ gia ở dưới phễu chứa đưa vào băng gầu phụ gia Cấu tạo chínhcủa vít gồm có vỏ vít, trục cánh xoắn và ổ đỡ 2 đầu Khi động cơ dẫn động qua hộpgiảm tốc và bộ truyền trung gian làm việc sẽ truyền chuyển động quay cho trụcxoắn Do cấu tạo có dạng xoắn mà vật liệu được đẩy ra đầu kia của vít

Cả 2 vít xoắn có cấu tạo giống nhau nhưng nhiệm vụ của vít xoắn số 2 ở trêntháp phễu là vận chuyển phụ gia từ phễu lưu phụ gia vào phễu cân phụ gia Ở đầu

của vít xoắn số 2 có bố trí van khống chế lượng phụ gia cân để đảm bảo chính xáckhối lượng phụ gia cần dùng cho mỗi mẻ trộn.

1.2.7 Sàng rung

Sàng rung có nhiệm vụ phân loại vật liệu ra từng kích cỡ theo yêu cầu củathành phần cấp phối Kích thước mắt sàng quyết định kích cỡ hạt cấp phối Các hạtcấp phối gồm các loại đá và cát sau khi phân loại sẽ được chứa vào các ngăn riêngbiệt của phễu nóng Toàn bộ sàng có vỏ che kín phía ngoài chống bụi và thất thoátnhiệt, khi bụi xuất hiện trong quá trình sàng sẽ được hút sang các ống riêng để vềxiclô

1.2.8 Tang sấy vật liệu

Tang sấy vật liệu có nhiệm vụ là sấy khô vật liệu từ trạng thái môi trường(nguội và ẩm) lên trạng thái khô và nóng với nhiệt độ là: 180 0C220 0C Cấu tạocủa tang sấy gồm: Thân tang sấy, phễu nhập vật liệu, phễu xuất vật liệu, khungdầm, các bộ phận gia nhiệt (gồm đầu đốt và buồng đốt)

Hệ thống gia nhiệt tang sấy gồm có đầu đốt và buồng đốt Đầu đốt sử dụng ởtrạm trộn này là đầu đốt hiện đại đời mới điều khiển tự động hóa hoàn toàn quátrình đốt Buồng đốt tang sấy có cấu tạo hình trụ đặt trên giá đỡ, góc nghiêng củabuồng đốt trùng với góc nghiêng của tang sấy đảm bảo ngọn lửa đốt được đúng tâmtang sấy

1.2.9 Khối tháp phễu phía trên

Khối tháp trên gồm có hệ thống khung trên có lắp ráp phễu nóng Phễu chứaphụ gia và các cửa xả vật liệu của phễu nóng

Phễu nóng có 4 ngăn chính: Ngăn chứa cát và đá mạt (0  4.75) mm; ngăn đánhỏ (4.7512.7) mm; ngăn đá vừa (12.719) mm và ngăn đá to (1925.4) mm.Phễu lưu và cân phụ gia đi theo đường riêng

1.2.10 Khối tháp trộn phía dưới

Khối tháp trộn phía dưới chủ yếu cấu tạo gồm khung chính, các phễu cân vậtliệu, cân phụ gia, thùng trộn, bình cân nhựa và bơm phun nhựa Phía trên thùng trộn

bố trí phễu cân vật liệu và phễu cân phụ gia Đáy các phễu có xy lanh mở cửa.Thùng trộn kiểu cưỡng bức hoạt động theo chu kỳ, dạng 2 trục quay là trụcphải và trục trái 4 ổ gối đỡ lắp ráp bi chao đảm bảo 2 trục quay nhẹ nhàng Trên 2trục trộn quay ngược chiều có lắp ráp các bàn tay trộn và cánh tay trộn Góc

nghiêng của bàn tay trộn với trục là 450các cánh tay trộn trên 2 trục được lắp ráptạo thành 3 vùng đặc trưng của thùng trộn theo chiều dài trục là vùng A-B-C.

Vùng A và vùng B làm cho vật liệu ở 2 đầu thùng trộn dịch chuyển vào giữathùng trộn còn vùng C ở giữa vùng trộn đảm bảo cho vật liệu từ trái qua phải và từphải qua trái Nhựa đường lỏng được tưới vào vật liệu trong thùng trộn qua ốngphun nhựa và bơm nhựa Do cấu tạo như vậy lên vật liệu được trộn một cách đồng

đều và khi xả thảm được nhanh, gọn

Để mở cửa thùng trộn xả thảm nóng xuống xe ô tô vận chuyển, nhà chế tạo đã

bố trí 1 cửa đóng, mở sử dụng xy lanh khí nén Cửa mở thùng trộn luôn đóng trongsuốt quá trình làm việc, nó chỉ mở khi xả thảm nóng xuống xe ô tô và đóng lại ngay

1.2.11 Hệ thống lọc bụi ẩm

Hệ thống lọc bụi ẩm có nhiệm vụ lọc bụi ẩm và khói thoát ra từ tang sấy vàsàng vật liệu với mục đích là thu giữ và xử lý các hạt bụi, còn khói và hơi nước xả

ra môi trường đảm bảo tiêu chuẩn quốc gia về môi trường Các bộ phận chủ yếu của

hệ thống lọc bụi ẩm: ống dẫn, xiclô, thu bụi, quạt gió, bồn dập bụi, bình tách nước,

ống khói, bể lắng và bơm nước

1.2.12 Hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén có nhiệm vụ hỗ trợ trực tiếp việc điều khiển các cửa mở củaphễu nóng, phễu cân, thùng trộn, Cấu tạo chủ yếu của hệ thống gồm: máy nénkhí, bình tích khí, đồng hồ đo áp suất, van phân phối khí, xy lanh công tác và hệ ốngdẫn Xy lanh công tác nối với van phân phối khí qua đường ống Khi không có dòng

điện điều khiển, cuộn dây điện từ của van không có tác dụng, khi có dòng điện van

sẽ đóng, mở và xi lanh sẽ mở cửa của phễu Áp lực công tác thông thường của hệthống khí nén là (78) kG/cm2

1.2.13 Hệ thống cấp nhiên liệu đốt

Hệ thống cung cấp nhiên liệu đốt có nhiệm vụ cung cấp dầu DO, FO (đã đượcsấy nóng) cho các đầu đốt tang sấy và nấu nhựa Các bộ phận chủ yếu của hệ thốngbao gồm: Thùng chứa dầu FO, DO, bơm nhiên liệu, bầu lọc thô, bầu lọc tinh, van antoàn, đồng hồ và đường ống dẫn

Trước tiên, đầu đốt nấu dầu sử dụng nhiên liệu dầu DO để đun nóng dầu FO

đến nhiệt độ tiêu chuẩn (900C1100C), sau đó ngừng sử dụng dầu DO và chuyểnsang sử dụng nhiên liệu dầu FO đã được sấy nóng qua bơm dầu nóng

Bơm dầu nóng là loại bơm bánh răng Dầu FO được sấy trong thùng dầu quabơm dầu nóng đạt áp lực làm việc từ (35) kG/cm2cung cấp vào đường ống cho 2

đầu đốt tang sấy và nấu nhựa

1.2.14 Hệ thống nấu nhựa

Hệ thống nấu nhựa gián tiếp gồm có các cụm thiết bị chính như sau: Thiết bịnấu dầu nóng FO; thiết bị nấu thô nhựa đường; thiết bị nấu tinh nhựa đường; hệthống bơm dầu nóng truyền nhiệt; hệ thống bơm nhựa nóng từ nấu thô sang nấutinh Thiết bị nấu dầu FO có nhiệm vụ nấu và cấp dầu nóng (chạy trong đường ốngtuần hoàn) để sấy nóng nhựa đường trong thùng nấu thô và nấu tinh

Thiết bị nấu dầu có thùng nấu 2 lớp vỏ, giữa 2 lớp vỏ ghép bông thủy tinhcách nhiệt, thùng tích áp đặt trên thùng nấu Đầu đốt cấp nhiệt để nấu dầu FO là đầu

đốt hiện đại điều khiển tự động, ngoài ra còn trang bị các thiết bị đo nhiệt độ, đo áp

lực và thiết bị khống chế tự động nhiệt độ dầu và áp lực dầu trong thùng nấu Nhiệt

độ dầu được nấu lên 220oC và áp lực P = 2 at

Thiết bị nấu thô gồm có vỏ thùng, trong đó đặt hệ thống đường ống chứa dầunóng, đường ray và 2 xe con úp thùng phi nhựa Ở đây nhựa được đun đến

900C1100C và được bơm sang thiết bị nấu tinh đun tiếp lên đến 1400C 1600C.Thiết bị nấu tinh gồm có thùng nấu 2 lớp vỏ (vỏ bảo ôn) hình trụ nằm ngang,bên trong ghép hệ thống ống (ruột gà) chứa dầu nóng để nấu nhựa đường từ 90 0Clên đến 1400C hoặc đến 1600C (nhiệt độ làm việc của nhựa nóng)

Hệ thống bơm dầu nóng có nhiệm vụ bơm dầu đã được đun nóng ở thùng nấudầu chảy trong đường ống tuần hoàn (tại thiết bị nấu thô và nấu tinh nhựa) để truyềnnhiệt cho nhựa đường Nhiệt độ nhựa đường tăng lên trong quá trình nhận nhiệt từdầu môi chất, còn dầu môi chất bị giảm dần nhiệt độ, dầu môi chất sau khi đã truyềnnhiệt, nhiệt độ thấp được bơm đẩy về thùng nấu, ở đây dầu môi chất tiếp tục thunhiệt, rồi lại được bơm đi tuần hoàn trong đường ống dẫn dầu nóng,…

Hệ thống bơm nhựa nóng có nhiệm vụ bơm nhựa nóng 900C từ thùng nấu thôsang thùng nấu tinh để tiếp tục nấu lên đến 140 0C hoặc đến 160 0C, sau đó nhựanóng được bơm lên tháp trộn để cân và phối trộn với vật liệu cho ra bê tông nhựanóng

1.2.15 Ca bin điều khiển

Cabin điều khiển trong đó tập trung tất cả các thiết bị điện để điều khiển sựhoạt động của trạm; cabin được đặt ở cao độ ngang với tầng tháp trộn có cửa kínhnhìn bao quát toàn bộ hoạt động của trạm Trong buồng cabin có trang bị máy điềuhòa nhiệt độ, máy tính, máy in và các tiện nghi khác

1.2.16 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển tự động hóa toàn bộ hoạt động của trạm trộn bao gồm tất

cả các nguyên công: Cân đong vật liệu theo nguyên tắc cân cộng dồn, cân đongnhựa, nạp vật liệu, trộn vật liệu, xả thảm nóng xuống xe ô tô Hệ thống này có thể

điều chỉnh được tỷ lệ phối liệu theo từng mác bê tông nhựa cũng như điều chỉnh

thao tác các nguyên công trộn bằng các thiết bị hẹn giờ

Ngoài ra hệ thống điều khiển còn có nhiệm vụ khống chế quy trình trộn nhằm

ngăn ngừa tình huống cùng một lúc mở nhiều cửa xả, cửa cân mà trong buồng trộnchưa xả thảm

1.2.17 Các thiết bị điện của hệ thống điều khiển

Hệ thống điện của trạm trộn bao gồm 2 bộ phận chính là bàn điều khiển và tủ

điện động lực

- Bàn điều khiển bao gồm tất cả các thiết bị điện, tự động hóa toàn bộ quátrình hoạt động của trạm trộn, các bộ phận chủ yếu của bàn điều khiển là: Hệ thống

định lượng vật liệu cát, đá, nhựa bao gồm cả phần mạch nhận tín hiệu, mạch

khuyếch đại và màn hình hiển thị Hệ thống điều khiển tự động hóa gồm tất cả cácmạch điều khiển 3 chế độ là chế độ ấn nút bằng tay, chế độ bán tự động và chế độ tự

động hoàn toàn có sự phối hợp của máy tính

- Tủ điện động lực gồm có áptômat tổng, các khởi động từ, áptômat của động

cơ điện, các rơ le bảo vệ và các loại đồng hồ chỉ thị Trong phần tủ điện động lực có

lắp ráp mạch điện liên động các bộ phận trong dây chuyền làm việc của trạm Các

động cơ băng gầu phụ gia, thùng trộn, máy nén khí, bơm nhựa…ở các tủ bên phải là

chạy độc lập (không có mạch liên động) đảm bảo sử dụng thuận tiện

1.3 Khảo sát hệ thống điều khiển trạm trộn

1.3.1 Tính năng kỹ thuật chính của hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển trạm trộn có ký hiệu BPAC-2000 với các tính năng kỹthuật chính như sau:

1.3.1.1 Hệ thống điều khiển cân, trộn:

- Sử dụng PLC S7-200 với màn hình cảm ứng PT070 của Siemens

- Sử dụng 03 cân điện tử (dùng 3-6 loadcell, sai số tĩnh ≤ 0,25 FS) để cân cốtliệu (đá, cát), phụ gia, nhựa đường

- Số thành phần vật liệu cần định lượng: 06; tổng khối lượng lớn nhất là2000kg

- Chế độ chỉnh “zêrô” tự động

- Điều khiển định lượng và bù rơi tự động với sai số ≤ 1,0 FS

- Có chế độ “tạo mác bê tông mới”, lưu trữ 99 mác bê tông khác nhau định

- Đối tượng được điều khiển: 06 van cân, 03 van nạp, 02 van đóng mở động

cơ vít tải phụ gia và động cơ bơm phun nhựa

- Điều kiện môi trường làm việc: Nguồn điện 220 V  240 V, nhiệt độ đến

500C, độ ẩm đến 85%

1.3.1.2 Các bộ điều khiển liên quan:

- Điều khiển nhiệt tang sấy cốt liệu bằng công nghệ “LOOP”, sai số 0,50C

- Điều chỉnh tự động tốc độ kéo của 04 băng tải cấp liệu nguội

- Báo mức cốt liệu trong phễu chứa bằng màn hình mô phỏng và đèn hiệu.1.3.1.3 Quản lý và giám sát:

- Số mẻ trộn, nhiệt độ và khối lượng qua máy tính và màn hình PT

- Mô phỏng hoạt động của các thiết bị, quá trình cân, trộn…

- Biện pháp phòng vệ: Phần mềm hệ thống và dữ liệu được bảo vệ bằng mậtkhẩu và cấp quyền, an toàn, trung thực

1.3.2 Quá trình điều khiển từ màn hình PT (Panel Touch)

Trạm trộn được trang bị màn hình cảm ứng hay còn gọi là “màn hình sờ” vớiquá trình điều khiển như sau:

Sau khi bật công tắc nguồn PLC cấp điện cho màn hình điều khiển màn hình

PT được khởi động trong vài giây sẽ xuất hiện màn hình biểu trưng giới thiệu hệthống (hình 1), hàng dưới của màn hình có chứa các phím “sờ” “menu”; “%”;

“nhiệt độ”; “giám sát” dùng để chuyển trang màn hình Nếu sờ vào các phím đó thì

màn hình sẽ chuyển sang các trang tương ứng

Màn hình này thể hiện đây là phiên bản gần nhất của BPAC2000 được hoànthành vào tháng 04 năm 2002, ở đây thích hợp chức năng khai thác với màn hìnhTD200; chức năng khai thác với màn hình PT070 được sản xuất bởi Trường đại họcgiao thông vận tải Hà Nội

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ PHA TRỘN BPAC2002

BPAC2000 ver 2.070.03Trạm trộn VATCO JS Company

Hình 1.2 Màn hình biểu trưng khi điều khiển từ PT

- Phím “Menu” cho phép dẫn đến trang màn hình các chức năng chính

- Phím “Nhiệt độ” cho phép dẫn đến trang màn hình đặt các giới hạn nhiệt độsấy, chế độ tự động điều chỉnh nhiệt từ PLC

- Phím “%” cho phép dẫn đến trang màn hình nhập thành phần phần trăm cácphối liệu hay còn gọi là tạo mác bê tông

- Phím “Giám sát” cho phép dẫn đến trang màn hình hiển thị các gía trị tứcthời của quá trình cân, trộn, giám sát BPAC làm việc

* Chọn phím “Menu” màn hình sẽ chuyển vào trang màn hình các chức năngchính bao gồm:

- Chức năng “Mã bì” dùng cho việc kiểm tra trạng thái ban đầu của các điểm

đo lường như các cân điện tử, các đồng hồ đo nhiệt độ

- Chức năng “Delta” cho biết lượng “rơi tự do” thực tế của các cửa cân tronglần cân gần nhất mà BPAC đã đo được và phương án “bù rơi tự do” cho lần cân tiếp

theo nhưng chỉ một lần thôi Nó có thể cân sai ở lần cân này nếu sự phỏng đoán củangười vận hành không thực tế.

- Chức năng “About” cho phép dẫn đến trạng thái thương mại

- Chức năng “BPAC” giúp ta quay về màn hình biểu trưng

Hình 1.3 Màn hình các chức năng chính khi điều khiển từ PT

* Chọn phím “Nhiệt độ”, màn hình sẽ chuyển trang đặt các giới hạn nhiệt độsấy Khi nhiệt độ các điểm đo nằm ở giữa hai giới hạn đặt thì quá trình cân trộn diễn

ra bình thường Trường hợp vượt ra ngoài thì có thể tạm dừng và cảnh báo, đènsáng, chuông kêu Nếu vấn đề không quá nghiêm trọng có thể chọn phím “nhiệt độ

***cao” hoặc “nhiệt độ *** thấp” để sửa lại bằng cách “sờ tay” hay trạm nhẹ mộtvật cảm ứng như cán bút hoặc vật cứng vào cửa sổ hiển thị giá trị cần sửa đổi

Hình 1.4 Màn hình đặt các giới hạn sấy khi điều khiển từ PT

* Chọn phím “%” màn hình sẽ chuyển sang khai báo công thức phối liệu haycòn gọi là thành phần cấp phối hay mác bê tông

Để nhập tỷ lệ thành phần phần trăm các phối liệu ta trạm trực tiếp vào cửa sổ

dạng phím (3D) có hiển thị giá trị phần trăm cũ của loại phối liệu đó Một bàn phím

sẽ hiện ra và ta sẽ thay thế số liệu mới vào

* Chọn phím “giám sát” để vào màn hình công tác

1.3.3 Nhập số liệu từ màn hình TD 200

Đây là màn hình tinh thể lỏng cỡ nhỏ chỉ có 2 dòng với 20 kí tự, kích thước

khung hình tổng thể là 18 mm x 70 mm Trên PANEL có chứa các phím bấm kiểu

đàn hồi Có 4 phím chức năng cho phép truy cập đến 8 trang màn hình TD200

thuộc dạng giao diện nhỏ và được bị trên các trạm trộn truyền thống của Công ty cơkhí ô tô 1-5 với chức năng khiêm tốn là giao diện hỗ trợ Sau khi bật công tắc nguồnPLC, điện sẽ được cấp vào bàn điều khiển, phông màn TD200 sẽ sáng vài giây sau

đó TD200 sẽ khởi động sau Nếu các địa chỉ là phù hợp thì việc kết nối giữa TD200

và CPU thành công Màn hình biểu trưng sẽ hiện ra

1.3.4 Nhập số liệu từ màn hình PC (máy vi tính)

Để tăng độ tin cậy khi làm việc với MODEM và có thể làm việc thật tốt trong

các trạm trộn bê tông nhựa nóng (nơi mà nguồn điện rất sấu và trình độ người vậnhành còn hạn chế), phần mềm PC phiên bản BPAC2000 và BPAK2000 được soạnthảo để chạy trên hệ điều hành MS-DOS 6.22 BPAC2000 và BPAK2000 là 2 phiênbản cho 2 ứng dụng khác nhau

BPAK2000 là hệ thống cân ngược (dùng để chống kẹt cửa xả tổng)

BPAC2000 là hệ thống cân thuận (chống dò thùng cân cốt liệu)

Các chức năng của Menu chính:

- Chức năng “tạo mác mới” nhập tỉ lệ phần trăm các thành phần phối liệu g1,g2, g3, g4, g5, g6 (cỡ hạt 1/4’; 1/2’; 3/4’; 1; phụ gia; nhựa) thay thế các tỷ lệ đangdùng

- Chức năng “đặt giới hạn nhiệt độ sấy” tạo ra khoảng làm việc tốt nhất cho hệthống và nhiệt độ như: giới hạn nhiệt độ thấp nhất, cao nhất của nhựa và tang sấy

- Chức năng “bắt đầu cân trộn” thực hiện điều khiển cân trộn từ máy tính

- Chức năng “chế độ in” lựa chọn kiểu biểu mẫu in khi thực hiện cân trộn cho

1 xe sản phẩm (in giải trình từng mẻ trộn hay chỉ in hóa đơn cho cả xe 1 lần)

- Chức năng “in tổng hợp ngày” số liệu thống kê trong ngày về tiêu hao vậtliệu các loại sản phẩm

- Chức năng “in báo cáo định kỳ” in số liệu thống kê theo kỳ

- Chức năng “thoát về DOS” thoát khỏi chương trình điều khiển để về hệ điềuhành

1.4 Đánh giá hệ thống điều khiển hiện tại của trạm trộn

Dây chuyền sản xuất bê tông nhựa nóng hiện tại của Công ty TNHH xây dựng

Phương Thảo là tương đối hiện đại, tuy nhiên hệ thống tự động còn tồn tại một số

vấn đề như sau:

- Hệ thống tự động của dây chuyền hầu như không hoạt động vì không đảmbảo tối ưu về thời gian vận hành, năng suất dây chuyền Các chu trình kiểm tra antoàn và dự trữ quá lớn dẫn tới thời gian để cho ra một mẻ sản phẩm kéo dài

- Các trang thiết bị về cảm biến, bộ điều khiển, cảnh báo an toàn,… đã cũkhông đảm bảo tác động nhanh chóng, kịp thời trong điều kiện đang cần tăng nhanh

năng suất, sản lượng và chu trình vận hành trạm trộn như hiện nay

- Hệ thống đốt, sấy và cấp nhựa nóng chưa được tự động hóa Toàn bộ hệthống này chỉ được bộ điều khiển cấp nguồn và cho phép mở van cấp Tất cả cáckhâu còn lại từ sấy dầu FO, mồi lửa, đốt nóng nhựa đường đều thực hiện bằng tay.Công việc có khi kéo dài hàng ngày mà không có sự kiểm tra giám sát của hệ thống

tự động; có thể nguy hại cho con người và tài sản

- Hệ thống ổn định nhiệt độ của nhựa đường thực hiện theo nguyên tắc điềukhiển kiểu rơ le không đảm bảo giữ ổn định chính xác nhiệt độ dẫn tới ảnh hưởng

đến chất lượng chung của sản phẩm do Công ty sản xuất

Chương 1 tác giả đã tìm hiểu, khảo sát và đánh giá toàn bộ dây chuyền sản

xuất bê tông nhựa nóng của Công ty TNHH xây dựng Phương Thảo Các chươngtiếp theo sẽ nghiên cứu để cải tiến các vấn đề còn tồn tại, yếu kém của dây chuyền

Chương 2 THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

NHỰA NÓNG PHƯƠNG THẢO SỬ DỤNG PLC S7- 300

2.1 Công nghệ sản xuất của Trạm trộn bê tông nhựa nóng Phương Thảo

Bê tông nhựa nóng là hỗn hợp của các vật liệu được định sẵn tỷ lệ tùy theomác bê tông Quá trình công nghệ sản xuất bê tông nhựa nóng bao gồm 02 quá trìnhchính: Quá trình cấp, sấy vật liệu là quá trình liên tục; quá trình cân đong, trộn vậtliệu nóng được thực hiện theo chu kỳ và được mô tả tóm tắt như sau:

- Cát, đá được máy xúc cấp từng loại vào 04 phễu riêng biệt (03 phiễu đá, 01phiễu cát), dưới mỗi phễu là máng rung và cửa mở điều chỉnh sơ bộ các loại vậtliệu Các máng rung chuyển vật liệu xuống băng tải cao su và đưa tới băng gầunguội Băng gầu nguội đưa cát, đá đều đặn và liên tục vào tang sấy Trong tang sấyvật liệu đá, cát được sấy đến nhiệt độ 1800C đến 220 0C nhờ ngọn lửa của đầu đốtthổi trong tang sấy Dòng vật liệu chuyển động ngược hướng với hướng thổi củangọn lửa

- Luồng khí ẩm, bụi và khói đi ra khỏi tang sấy và sàng sẽ được thu về xiclônhờ sức hút của quạt hút Tại xiclô những hạt bụi lớn được thu gom và đưa vào

băng gầu nóng để sử dụng lại, còn các hạt bụi nhỏ hơn qua quạt hút sang hệ thống

lọc ẩm, tại hệ thống này bụi, khói được lọc lại lần nữa sau đó mới qua ống khói thải

ra ngoài

- Sau khi vật liệu được sấy đạt nhiệt độ công tác, nhờ băng gầu nóng đưa vậtliệu vào sàng rung phân loại ra các cỡ hạt theo yêu cầu Các loại vật liệu này đượcchứa vào các ngăn riêng biệt của phễu nóng Phần đá quá cỡ sẽ được loại ra khỏi

sàng theo đường riêng để thoát ra ngoài

- Phụ gia được cung cấp từ phễu chứa ở dưới qua vít tải, băng gầu phụ gia,phễu chứa trên và qua vít xoắn phía trên nạp vào phễu cân phụ gia Vít xoắn phíatrên cấp phụ gia theo từng chu kỳ phù hợp với chu kỳ trộn

- Dưới đáy phễu nóng là các cửa xả để xả thứ tự từng loại vật liệu vào phễu

cân để cân đong vật liệu theo nguyên lý cân cộng dồn

- Sau khi cân đủ tất cả các thành phần vật liệu đá, cát, phụ gia thì tiếp tục cânnhựa nóng bằng các bình cân.

- Tất cả các thao tác trên tiến hành xong, theo chu kỳ lúc đó cửa thùng trộn sẽ

mở để xả sản phẩm bê tông nhựa nóng của mẻ trộn trước xuống xe ô tô, sau đó

đóng cửa thùng trộn lại để thực hiện mẻ trộn vừa mới cân bằng cách:

+ Xả vật liệu, phụ gia xuống thùng trộn để trộn khô khoảng từ (10÷ 15) giây.+ Phun nhựa nóng vào buồng trộn để trộn ướt khoảng từ (30 ÷ 40) giây.Tổng thời gian cho một mẻ trộn là từ (40÷ 50) giây

- Trong quá trình trộn mẻ trước thì tiếp tục cân vật liệu cho mẻ sau và cứ lậplại chu kỳ như vậy cho đến khi đầy xe ô tô chở bê tông nhựa nóng thì dừng và lệnhcho xe ô tô chở bê tông tới công trường rồi tiếp tục trộn để xả vào xe ô tô khác

2.2 Lựa chọn phương pháp tổng hợp hàm logic

Khi tiến hành tổng hợp một hệ điều khiển theo quy trình công nghệ đã cho (cóthể bằng lời nói, chữ viết, đồ thị công nghệ, ) người ta biểu diễn sự hoạt động củacông nghệ theo đúng tuần tự thời gian tác động của các biến vào và ảnh hưởng của

nó tới các biến ra để từ đó đưa ra một quy luật điều khiển cho hệ thống

- Có 4 phương pháp để tổng hợp mạch điều khiển cho hệ thống:

+ Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Ma trận trạng thái + Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Hàm tác động.

+ Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Phân tầng.

+ Tổng hợp mạch điều khiển bằng phương pháp Grafcet.

- Một mạch điều khiển được tổng hợp phải đáp ứng các chỉ tiêu sau:

+ Thực hiện đúng quy trình và tiến trình công nghệ đã được đặt ra

+ Có độ tin cậy điều khiển cao

+ Đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản và thuận tiện cho việc vận hành

+ Có tính kinh tế và đáp ứng về mặt mỹ thuật

2.2.1 Phương pháp ma trận trạng thái

Hình 2.1 Trình tự thực hiện tổng hợp theo phương pháp ma trận trạng thái

Ví dụ cho hệ dùng phương pháp ma trận trạng thái như hình 2.2

Hình 2.2 Công nghệ yêu cầu

Với a0, a1 là các tín hiệu đầu vào và A+, A-là tín hiệu ra, a0là cảm biến vị trí

điều khiển chuyển động A+, a1 là cảm biến vị trí điều khiển chuyển động A- A+, A

-là cơ cấu chấp hành (xy lanh khí nén, điều khiển điện) A+chuyển động sang phải,

A- là chuyển động sang trái

* Thực hiện lập Graph chuyển trạng thái

01

00 , 01

01 , 10

00 , 10

10 , 00

a a

= trạng thái 1, 2, 3, 4, 5

↑ ↓

* Thực hiện lập ma trận chuyển dịch I (MI)

Cột = 1+2n+ số biến ra với n là số biến vào Hàng = 1+ spps trạng thái graphchuyển trạng thái Áp dụng với ví dụ: Cột = 1+22+2 = 7 cột; Hàng = 1+ 5 = 6 hàng

* Thực hiện lập ma trận chuyển dịch II (MII)

Nếu dựa vào ma trận chuyển dịch ta đi tìm hàm logic điều khiển ngay thì sơ đồthiết kế thu được không phải là sơ đồ tối giản nhất Để có sơ đồ tối giản nhất ta phảitiến hành tối thiểu hóa MI để có MII Việc tối thiểu hóa được tiến hành qua 2 bước:

- Nhập hàng: Hai () cùng hàng trong MI có thể được nhập với nhau khi nóthỏa mãn các điều kiện sau:

+ Không cần chú ý tới tín hiệu đầu ra

+ Trên cùng một cột các hàng đều có cùng một ký hiệu.

Các ô trống người thiết kế có thể cho giá trị bất kỳ phù hợp

Sau đó lập đa giác trạng thái, nếu hàng nào nhập được với nhau thì nối lại

(1)

- Cách nhập hàng: Nếu một trạng thái ổn định với trạng thái không ổn định, ta

ưu tiên ghi trạng thái ổn định Nếu một trạng thái không ổn định với ô trống, ta ghi

trạng thái không ổn định Nếu một trạng thái ổn định với ô trống, ta ghi trạng thái

- Nhập trạng thái tương đương: Hai hay nhiều trạng thái được gọi là tương

đương khi chúng thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Điều kiện cần: Chúng phải là những trạng thái ổn định và nằm trên cùng mộtcột có tín hiệu đầu ra giống nhau

+ Điều kiện đủ: Khi cùng thay đổi tín hiệu đầu vào thì các trạng thái đó chuyểnsang trạng thái tiếp sau và có cùng tín hiệu đầu ra

Khi chúng đã là những trạng thái tương đương ta được phép thay chúng bằng

cùng một ký hiệu (thông thường lấy ký hiệu nhỏ) và sau đó ta tiến hành nhập hàng

như ở trên thì ta được ma trận MII

Với ví dụ trên thì MI không có trạng thái tương đương nên MI trùng MII

* Xác định biến trung gian và mã hóa biến trung gian

Điều kiện 2Smin N với Smin là ss biến trung gian tối thiểu, N là số hàng ở matrận chuyển dịch MI

Với ví dụ trên N= 3 thì Smin= 2 (X,Y)

Các biến trung gian sẽ là các rơ le trung gian trong sơ đồ tiếp điểm

Chú ý: Nếu trên cùng một hàng của MII, các trạng thái ổn định có cùng tín

hiệu đầu ra, người ta cho phép lấy biến ra làm biến trung gian và như vậy hàm điềukhiển của biến trung gian chính là hàm điều khiển của biến ra và sơ đồ sẽ đơn giản

đi Ở ví dụ trên lấy A+, A- làm biến trung gian

A+(1)

Thay các trạng thái bằng số mà ta mã hóa, thực hiện tối giản bằng bìa cácnô sẽ

được các hàm f(A+) và f(A-)

A a

a ) f(A

a ) f(A

0 1

1 0

điều khiển bao gồm:

- Hàm đóng: fđ() là tổ hợp của các biến vào cho một biến ra nào đó hoạt động

Điều kiện là hàm đóng không được đổi trị trong suốt thời gian làm việc của biến rađó

- Hàm cắt: fc() là tổ hợp các biến vào cho một biến ra nào đó nghỉ việc Điềukiện hàm cắt không được đổi trị trong suốt thời gian nghỉ việc của biến đó

Nếu như khi tổng hợp, hàm đóng và hàm cắt không thoả mãn điều kiện trên thìphải thêm biến phụ

Sau khi đã tổng hợp được hàm điều khiển đóng và hàm điều khiển cắt ta thiết

lập được hàm điều khiển cho biến ra đó như sau:

 

 

i n

i c d

Hình 2.3 là ví dụ về công nghệ sẽ được tổng hợp hàm logic bằng phương phápphân tầng Ta thấy rằng (1) và (3) là hai trạng thái có cùng tín hiệu đầu vào nhưngkhác nhau tín hiệu đầu ra.

0010

1010 1000

1010

và

Hai trạng thái này gọi là trạng thái nước đôi Các trạng thái (2) và (4) có tínhiệu vào và ra khác nhau gọi là các trạng thái đơn Trong việc thiết kế mạch logic,

khó khăn nhất là trạng thái nước đôi vì nó dễ gây ra sai sót trong sơ đồ Nguyên tắc

của phương pháp phân tầng là biến các trạng thái nước đôi thành các trạng thái đơn

sử dụng biến trung gian

10101

và

Sơ đồ phân tầng như hình 2.6 và 2.7

Hình 2.6 Sơ đồ phân tầng 1

Hình 2.7 Sơ đồ phân tầng 2

Vòng tròn to chỉ trạng thái làm việc của hệ Vòng tròn nhỏ chỉ kết quả của quátrình điều khiển Sau đó viết hàm điều khiển cho từng trạng thái bằng tổng các mũitên tín hiệu đi vào trước đó

X a B

X B

X a X

X b A

X A

1 0

1 0

2.2.4 Phương pháp Grafcet

Công nghệ hoạt động của một cỗ máy, một quá trình sản xuất đều xuất phát từtrạng thái đầu tiên của hệ thống đến trạng thái cuối cùng theo một tuần tự (Hàmlogic f) và lặp lại có tính chất chu kỳ Phương pháp Grafcet (Graphe Fonctionel deCommande Etape Transition) là công cụ để mô tả mạch trình tự trong công nghiệp

dưới dạng các trạng thái của hệ theo một sơ đồ gồm có hướng chuyển trạng thái, cáctác nhân kích thích để chuyển trạng thái và các trạng thái làm việc của hệ theo một

trình tự lôgic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn cho người vàthiết bị

“GRAFCET” là một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc

của hệ thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từtrạng thái này sang trạng thái khác, đó là một Grafcet định hướng và được xác địnhbởi các phần tử: G = ( E, T, A, M )

Trong đó: E = (E1, E2, ,Em ) là một tập hữu hạn các trạng thái (giai đoạn) của

hệ thống được ký hiệu bằng các hình vuông Mỗi trạng thái ứng với những tác động

nào đó của phần điều khiển và trong một trạng thái các hành vi điều khiển là không

thay đổi Một trạng thái có thể hoạt động hoặc không hoạt động Điều khiển chính

là thực hiện các mệnh đề logic chứa các biến vào và các biến ra để hệ thống có đượcmột trạng thái xác định trong hệ và đó cũng là một trạng thái của Grafcet

T = (t1, t2, ,ti) là tập hữu hạn các chuyển trạng thái được biểu hiện bằng gạch

ngang ‘ - ’ Hàm Boole gắn với một chuyển trạng thái được gọi là “một tiếp nhận”

Giữa hai trạng thái luôn luôn tồn tại một chuyển trạng thái

A = (a1, a2, ,an ) là tập các cung định hướng nối giữa một trạng thái với mộtchuyển hoặc giữa một chuyển với một trạng thái

M = (m1, m2, ,mn ) là tập các giá trị (0, 1) Nếu mi = 1 thì trạng thái thứ i làhoạt động, nếu mi = 0 thì trạng thái i là không làm việc

“GRAFCET” cho một quá trình luôn luôn là khép kín từ trạng thái đầu đến

trạng thái cuối và từ trạng thái cuối đến trạng thái đầu

Phương pháp Grafcet là phương pháp đồ hình Mỗi một công nghệ đều hoạtđộng theo một tuần tự có tính chất chu kỳ từ trạng thái đầu tiên đến trạng thái cuối

cùng và lặp đi lặp lại như thế Mỗi một trạng thái không tự xuất hiện và cũng không

tự mất đi nếu không có các tác nhân kích thích Phương pháp này mô tả hoạt độngcủa hệ thống dưới dạng một sơ đồ miêu tả các trạng thái làm việc của hệ tuần tự từtrạng thái đầu tiên đến trạng thái kết thúc và lại trở về trạng thái ban đầu, trên sơ đồ

có hướng chuyển trạng thái bằng các mũi tên và có các tác nhân kích thích

Ký hiệu:

- Trạng thái ban đầu:

Hình 2.8 Trạng thái ban đầu

- Các trạng thái làm việc:

Hình 2.9 Trạng thái làm việc

- Module chuẩn hóa của hệ có dạng phần tử nhớ trigơ như hình 2.10

(thường ký hiệu này dựa vào chức năng làm của chúng).

S a S