Điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông bằng PLC S71200

Đầy đủ code và giao diện scada trong tài liệu Nhận file chạy liên hệ hoanchi1909@gmail.com

Giảng viên hướng dẫn : TS CUNG THÀNH LONG

Bộ môn : Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp

Hà Nội, tháng 8 năm 2021

2

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 7

1.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200 7

1.1.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200 7

1.1.2 PLC S7-1200 CPU 1214C 9

1.2 Giới thiệu các tập lệnh 10

1.2.1 Bit logic 10

1.2.2 Bộ Timer 11

1.2.3 Bộ Counter 12

1.2.4 So sánh 13

1.2.5 Toán học 13

1.2.6 Di chuyển MOVE 14

1.2.7 Chuyển đổi 15

1.3 FB, FC, Ngắt 15

1.3.1 Cấu trúc chương trình 15

1.3.2 Lập trình cấu trúc 16

2.1 Tổng quan về bê tông .18

2.1.1 Khái niệm bê tông .18

2.1.2 Thành phần cấu tạo bê tông .18

2.1.3 Các đặc tính của bê tông .19

2.2 Quy trình công nghệ .21

2.3 Nhiệm vụ thiết kế 22

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PHẦM MỀM và THIẾT KẾ WINCC 24

3.1 Tổng quan vè phần mềm thiết kế WinCC .24

3

3.1.1 Giới thiệu chung 24

3.1.2 Các đặc điểm chính .25

3.1.3 Thiết kế giao diện 26

CHƯƠNG 4 LẬP TRÌNH WinCC 30

4.1 Ngôn ngữ lập trình và chương trình con .30

4.2 Lập trình cho hệ thống trạm trộn bê tông 31

4.2.1 Main 31

4.2.2 Chế độ điều khiển tự động 33

4.2.3 Đọc thông số về Loadcell 38

4.2.4 Đặt giá trị ban đầu 40

4.2.5 Tính thời gian trộn 41

4.2.6 Mô phỏng 42

4.3 Đầu vào, đầu ra và địa chỉ khác 44

CHƯƠNG 5: KẾT NỐI S7 1200 VỚI WinCC VÀ ĐĂNG NHẬP & PHÂN QUYỀN 48

5.1 Kết nối S7 1200 với WinCC 48

5.2 Đăng nhập & phân quyền 49

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 50

KẾT LUẬN 53

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

4

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 CPU S7 1200 7

Hình 1 2 Các cổng kết nối CPU 8

Hình 1 3 Chức năng một số CPU S7 1200 8

Hình 1 4 Cấu trúc các khối 15

Hình 1 5 Khối FB 17

Hình 1 6 Khối FC 17

Hình 2 1 Trạm trộn bê tông 21

Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 22

Hình 2 3 Lưu đồ thuật toán 23

Hình 3 1 Đặc tính mở của WinCC 24

Hình 3 2 Tạo new project 26

Hình 3 3 Chọn WinCC 27

Hình 3 4 Thêm card mạng 27

Hình 3 5 Kết nối PLC và PC system 27

Hình 3 6 Màn hình đăng nhập 28

Hình 3 7 Màn hình chế độ Auto 28

Hình 3 8 Màn hình chế độ Manual 29

Hình 3 9 Màn hình biểu đồ 29

Hình 4 1 Các chương trình 30

Hình 4 2 Chương trình Main 32

Hình 4 3 Chương trình chế độ điều khiển tự động 38

5

Hình 4 4 Chương trình đọc thông số về Loadcell 40

Hình 4 5 Chương trình đặt giá trị ban đầu 41

Hình 4 6 Chương trình tính thời gian trộn 42

Hình 4 7 Chương trình mô phỏng 43

Hình 4 8 PLC tags 44

Hình 5 1 Kết nối nút bấm 48

Hình 5 2 Kết nối Symbol 48

Hình 5 3 kết nối Trend 49

Hình 5 4 Tạo tài khoản đăng nhập 49

Hình 5 5 Phần quyền đăng nhập 50

Hình 5 6 Kết nối tài khoản với Wincc 50

Hình 6 1 Mô Phỏng màn hình đăng nhập 51

Hình 6 2 Mô phỏng màn hình chế độ tự động 51

Hình 6 3 Mô phỏng màn hình chế độ bằng tay 52

Hình 6 4 Mô phỏng màn hình đồ thị 52

6

LỜI MỞ ĐẦU

Nền công nghiệp thế giới đang trên đà phát triển ngày càng cao, trong đó vấn đề tự động điều khiển được đặt lên hàng đầu trong quá trình nghiên cứu cũng như ứng dụng công nghệ mới vào trong sản xuất Nó đòi hỏi khả năng xử lý, mức độ hoàn hảo, sự chính xác của hệ thống sản xuất ngày một cao hơn, để có thể đáp ứng được nhu cầu về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội

Sự xuất hiện của máy tính vào những năm đầu thập niên 60 đã hỗ trợ con người làm việc hiệu quả hơn trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, v.v… Với sự đòi hỏi của con người, nhiều thiết bị, phần mềm chuyên dụng có tính năng ưu việt hơn đã được ra đời Một trong những thiết bị đó là PLC Với khả năng ứng dụng và các ưu điểm nổi bật, PLC ngày càng thâm nhập sâu rộng vào nền công nghiệp sản xuất

Từ yêu cầu thực tế ấy, em đã chọn đề tài :”Điều khiển và giám sát trạm trộn

bê tông bằng PLC S7-1200” Mục đích chính của đề tài là thiết kế được một chương trình điều khiển sử dung PLC cho trạm trộn bê tông với tính tự động hóa

và độ chính xác cao

Em xin cảm ơn sự giúp đỡ của TS Cung Thành Long đã giúp em hoàn thành

đồ án này!

7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200

1.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200

1.1.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho

S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

Bao gồm module nguồn, module CPU, module IO, Signal board, module truyền thông

PLC S7 1200 có thể kết nối tối đa 8 module IO và 3 module truyền thông

chuẩn RS485, RS232

PLC S7 1200 có thể kết nối tối đa 146 đầu vào/142 đầu ra số hoặc 67 đầu

vào Analog hoặc 33 đầu ra Analog

PLC S7 1200 còn hỗ trợ 6 bộ đếm HSC và bốn kênh phát xung PWM -

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

Hình 1 1 CPU S7 1200 PLC S7 1200 có tích hợp sẵn cổng truyền thông Ethernet hỗ trợ giao thức

PROFINET để kết nối mạng PROFINET

PLC S7 1200 có thể tích hợp thêm 3 module truyền thông hỗ trợ giao thức

truyền thông Modbus, Profibus,…

PLC S7 1200 cho phép mở rộng thêm 4DI hoặc 4DO hoặc 1AI hoặc 1AO

thông qua Signal board gắn trực tiếp trên module CPU

PLC S7 1200 tích hợp khe cắm thẻ nhớ SIMATIC

8

Hình 1 2 Các cổng kết nối CPU PLC S7 1200 có 5 model: 1211C, 1212C, 1214C, 1215C, 1217C

▪ CPU1211C: tích hợp 6 DI, 4 DO, 2 AI(0-10V), 1 cổng PROFINET, 1 Signal

board, 1 khe cắm thẻ nhớ, không mở rộng thêm được IO

▪ CPU1212C: tích hợp 8 DI, 6 DO, 2 AI(0-10V), 1 cổng PROFINET, 1 Signal

board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng thêm được 2 module IO

▪ CPU1214C: tích hợp 14 DI, 10 DO, 2 AI(0-10V), 1 cổng PROFINET, 1 Signal

board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng thêm được 8 module IO

▪ CPU1215C: tích hợp 14 DI, 10 DO, 2 đầu vào AI(0-10V), 2 đầu ra AO, 2 cổng

PROFINET, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng thêm được 8 module

IO

➢ CPU1217C: tích hợp 14 DI, 10 DO, 2 đầu vào AI(0-10V), 2 đầu ra AO, 2 cổng

PROFINET, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng thêm được 8 module

IO

Chức năng:

Hình 1 3 Chức năng một số CPU S7 1200

9

- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài

ra có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

- 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 15.1 của Siemens

- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

- Vùng nhớ Truy suất bit (M): 4096Byte

- Module tín hiệu mở rộng: 8

- Board tín hiệu/truyền thông:1

- Module truyền thông: 3

- Bộ đếm tốc độ cao:

 1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ

 2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ

10

- Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2

- Truyền thông: Ethernet

- Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày

- Thực thi lệnh nhị phân: 0.1 micro giây/lệnh

1.2 Giới thiệu các tập lệnh

1.2.1 Bit logic (tập lệnh tiếp điểm)

1) Tiếp điểm thường hở

Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1 Toán hạng n: I, Q, M, L, D

2) Tiếp điểm thường đóng

Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là 0

Toán hạng n: Q, M, L,

7) Lệnh Reset

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạng thái

Toán hạng n: Q, M, L, D

8) Lệnh set nhiều bit

Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là OUT sẽ bằng 1 khi đầu vào

9) Lệnh reset nhiều bit

Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là OUT sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạng thái Trong đó số bit là giá trị của n

Toán hạng OUT: Q, M, L, D

n : là hằng số

10) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên

Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến “IN”

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu “IN” từ 0 lên 1

Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào “M_BIT”

Độ rộng của xung này bằng thời gian của

một chu kì quét

11) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống

Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến “IN”

Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu “IN” từ 1 xuống 0

Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào “M_BIT”

Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét

dữ liệu Dint : T#- 14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay là -2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms

1) Timer tạo xung - TP

12

Timer TP tạo một chuỗi xung với độ rộng xung đặt trước

Thay đổi PT, IN không ảnh hưởng khi Timer đang chạy

Khi đầu vào IN được tác động vào timer sẽ tạo ra một xung

có độ rộng bằng thời gian đặt PT

2) Timer trễ sườn lên có nhớ - Timer TONR

Thay đổi PT không ảnh hưởng khi Timer đang vận hành, chỉ ảnh hưởng khi timer đếm lại

Khi ngõ vào IN chuyển sang “FALSE” khi vận hành thì timer sẽ dừng nhưng không đặt lại bộ định thì Khi chân IN “TRUE” trở lại thì Timer bắt đầu tính thời gian từ giá trị thời gian đã tích lũy

3) Timer trễ không nhớ - TON

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì

4) Timer trễ sườn xuống – TOF

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer

Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì

1.2.3 Bộ Counter

Lệnh Counter được dùng để đếm các sự kiện ở ngoài hay các sự kiện quá trình ở trong PLC Mỗi Counter sử dụng cấu trúc lưu trữ của khối dữ liệu DB để làm dữ liệu của Counter Step 7 tự động tạo khối DB khi lấy lệnh Tầm giá trị đếm phụ thuộc vào kiểu dữ liệu mà bạn chọn lựa Nếu giá trị đếm là một số Interger không dấu, có thể đếm xuống tới 0 hoặc đếm lên tới tầm giới hạn Nếu giá trị đếm

là một số interder có dấu, có thể đếm tới giá trị âm giới hạn hoặc đếm lên tới một

số dương giới hạn

1) Counter đếm lên - CTU

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyên

từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV>=PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0

2) Counter đếm xuống – CTD

Giá trị bộ đếm được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên

1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV <=0 Nếu trạng thái LOAD được tác động thì CV = PV

3) Counter đếm lên xuống – CTUD

13

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển

từ 0 lên 1 Ngõ ra QU được tác động lên 1 khi CV >=PV Nếu trạng thái R = Reset được

tác động thì bộ đếm CV = 0

Giá trị bộ đếm CV được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra QD được tác động lên 1 khi CV <=0 Nếu trạng thái Load được tác động thì

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ

là mức 1 = TRUE (tác động mức cao) và ngược lại Kiểu dữ liệu so sánh là : SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String, Char, Time, DTL, Constant

2) Lệnh trong khoảng In – range

Tham số : MIN, VAL, MAX Kiểu dữ liệu so sánh : SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal, Constant

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánh MIN<=VAL<=MAX thỏa thì tác động mức cao và ngược lại

3) Lệnh ngoài khoảng out-of-range

Tham số : MIN, VAL, MAX Kiểu dữ liệu so sánh : SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal, Constant

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánh MIN > VAL hoặc MAX < VAL thỏa thì tác động mức cao và ngược lại

1.2.5 Toán học

1) Lệnh tính toán

14

Công dụng : thực hiện phép toán từ các giá trị ngõ vào IN1, IN2, IN(n) theo công thức OUT=…(+,-,*,/) rồi xuất kết quả ra ngõ ra OUT

Các thông số ngõ vào dùng trong khối phải chung định dạng

2) Lệnh cộng, trừ, nhân, chia

Lệnh cộng ADD : OUT = IN1 + IN2 Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 – IN2 Lệnh nhân MUL : OUT = IN1*IN2 Lệnh chia DIV : OUT = IN1/IN2 Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu : SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal, Constant

Tham số OUT có kiểu dữ liệu : SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal

Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực hiện lệnh này :

-Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu

-Chia cho 0 (IN2 = 0) -Real/LReal : Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau

đó được trả về NaN

-ADD Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN -SUB Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN là INF cùng dấu, đây

là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN -MUL Real/LReal : Nếu một trong 2 giá trị là 0 hoặc là INF, đây là khai báo không hợp lệ và được trả về NaN

-DIV Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN bằng không hoặc INF, đây là khai báo không hợp lệ và được trả về NaN

IN : nguồn giá trị đến OUT1: Nơi chuyển đến

Sử dụng khối NORM_X để chuyển giá trị số đầu vào thành % của

dải giá trị tuyến tính

Chương trình cho PLC S7 1200 được viết trong các khối OB, FB, FC trong đó khối

OB1(Main) được gọi tự động và thực thi theo chu kỳ

Nếu chương trình điều khiển là lớn, thì ta có thể chia nhỏ chương trình thành các khối chương trình nhỏ được bố trí theo chức năng, và dễ theo dõi

Các khối chương trình được gọi từ các khối tổ chức OB, sau khi kết thúc khối

chương trình thì chúng sẽ nhảy về khối tổ chức đã gọi chúng

Chương trình nhỏ có thể viết theo kiểu tuần tự

Chương trình lớn có thể chia thành các khối chương trình OB, FB, FC, DB

Hình 1 4 Cấu trúc các khối

16

1.3.2 Lập trình cấu trúc

Các khối sau đây được sử dụng cho lập trình cấu trúc:

1 OB(Organization Block): được hệ điều hành gọi theo chu kì và là giao diện giữa

chương trình và hệ điều hành

2 FB(Function Block): Mỗi lần gọi khối FB cần được cấp một vùng nhớ xác định

– khối dữ liệu DB mẫu Dữ liệu trong khối DB sẽ được truy cập bởi các biến của khối FB Các vùng nhớ khác nhau được gán tới FB nếu nó được gọi nhiều lần

3 FC(Function): FC không cần truy cập vùng nhớ, dữ liệu cục bộ của một khối FC

sẽ mất sau khi khối được thực hiện

4 DB(Data Block): các khối DB được sử dụng để cung cấp vùng nhớ cho biến dữ liệu, có 2 loại DB là Global DB và Instance DB

Global DB – khối DB toàn cục có thể được OB, FB, FC đọc dữ liệu lưu trữ trong

chúng và các khối OB, FB, FC có thể ghi dữ liệu vào khối DB toàn cục

Instance DB – khối DB mẫu chỉ được gán tới một FB xác định

▪ Khối tổ chức OB:

• Đáp ứng một sự kiện xác định trong CPU và có thể ngắt sự thực thi của chương

trình chính Khối thực thi theo chu trình của chương trình người dùng (OB 1) cung

cấp cấu trúc cơ bản dành cho chương trình

• Nếu ta thêm các khối OB khác trong chương trình, các OB này sẽ ngắt sự thực thi của OB 1 Các OB khác thực hiện các hàm đặc trưng, ví dụ như cho các tác vụ

khởi động, cho việc xử lý các ngắt và lỗi, hay cho việc thực thi chương trình đặc trưng tại các khoảng thời gian dừng riêng biệt

17

• Thay đổi DB mẫu cho phép một FB điều khiển sự hoạt động của một tổ hợp các thiết bị Ví dụ, một FB có thể điều khiển một vài máy bơm, với các DB mẫu chứa các thông số vận hành riêng biệt của mỗi máy bơm hay van

Hình 1 5 Khối FB

▪ Khối chức năng FC:

• Khối chức năng (FC), là một chương trình con mà được thực thi khi nó được gọi

từ một khối mã khác (OB, FB hay FC) FC không có một khối dữ liệu DB mẫu đi

kèm

• Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FC Các giá trị ngõ ra từ FC phải

được ghi đến một địa chỉ nhớ

Hình 1 6 Khối FC

18

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ TRẠM TRỘN BÊ

TÔNG

2.1 Tổng quan về bê tông

2.1.1 Khái niệm bê tông

Bê tông (gốc từ béton trong tiếng Pháp) là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc trộn các thành phần: Chất liệu thô, Chất liệu mịn, Chất kết dính, theo một tỷ lệ nhất định (được gọi là cấp phối bê tông)

Trong bê tông, chất kết dính (xi măng + nước, nhựa đường, phụ gia ) làm vai trò liên kết các cốt liệu thô (đá, sỏi, đôi khi sử dụng vật liệu tổng hợp trong bê tông nhẹ) và chất liệu mịn (thường là cát, đá mạt, đá xay, ) và khi đóng rắn, làm cho tất

cả thành một khối cứng như đá

2.1.2 Thành phần cấu tạo bê tông

a) Xi măng:

Xi măng là thành phần đặc biệt quan trọng của bê tông Xi măng có nhiều loại khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt và làm chất lượng thiết kế bê tông tăng lên Tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao là rất lớn Vì vậy khi lựa chọn loại xi măng, ta vừa phải đảm bảo chất đúng yêu cầu kĩ thuật, vừa phải giải quyết tốt bài toán kinh tế

b) Cát:

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

c) Đá dăm:

Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích cỡ của đá, do đó tùy thuộc vào kích cỡ của bê tông mà ta chọn kích thước đá sao cho phù hợp Trong thành phần bê tông đá dăm chiếm khoảng 52%

d) Nước:

19

Nước là thành phần quan trong không thể thiếu trong sản xuất bê tông Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng xấu đến khả năng ninh kết của bê tông và chống ăn mòn kim loại

e) Chất phụ gia:

Phụ gia sử dụng thường có dạng bột, được chia ra 2 loại:

- Loại phụ gia hoạt động bề mặt: 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 của bê tông

- 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 sản xuất bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng

2.1.3 Các đặc tính của bê tông

a) Độ cứng của bê tông:

Độ cứng của bê tông là khả năng chống lại các lực tác động từ bên ngoài mà không bị phá hoại, nó phản ánh khả năng chịu lực của bê tông Độ cứng của bê tông phụ thuộc vào tính chất của xi măng, tỷ lệ nước và xi măng, phương pháp đổ

bê tông và điều kiện đông cứng

Để đặc trưng cho độ cứng của bê tông người ta dùng “mác bê tông” Mác của một loại bê tông (ký hiệu M) là cường độ chịu lực nén (tính theo N/cm2) của mẫu bê tông hình lập phương cạnh 15cm, tuổi 28 ngày được dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 20oC ± 2oC), độ ẩm không khí 90% đến 100%

Mác M là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu

Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế sau:

- Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500, M600

Bê tông nặng có khối lượng riêng khoảng 1800 - 2500kg/m3 cốt liệu sỏi đá đặc chắc

20

- Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300 Bê tông nhẹ có khối lượng riêng trong khoảng 800 -1800kg/m3, cốt liệu là các loại đá có lỗ rỗng, keramzit, xỉ quặng,

Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn M150 Độ cứng của bê tông tăng theo thời gian, đây là một tính chất đáng quý của

bê tông, đảm bảo cho công trình làm bằng bê tông bền lâu hơn những công trình làm bằng gạch, đá, gỗ, thép Lúc đầu độ cứng bê tông tăng lên rất nhanh, sau đó tốc độ giảm dần Trong môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) thuận lợi sự tăng độ cứng có thể kéo dài trong nhiều năm, trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp thì độ cứng bê tông tăng không đáng kể

b) Độ giãn nở của bê tông:

Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn độ nở 10 lần một giới hạn nào đó, độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông còn hiện tượng co ngót luôn kéo theo hậu quả xấu

Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân: trước hết là sự mất nước hoặc xi măng, quá trình Cacbon hoá Hyđroxit trong đá xi măng Hiện tượng giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng - nước Co ngót là nguyên nhân gây ra nứt, giảm cường độ, chống thấm và để ổn định của bê tông, và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực Vì vậy đối với những công trình có chiều dài lớn, để tránh nứt người ta

đã phân đoạn để tạo thành các khe co dãn

c) Tính chống thấm của bê tông:

Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết cấu bê tông Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của

nó Để tăng cường tính chống thấm phải nâng cao độ chặt của bê tông bằng cách đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp phối hạt của cốt liệu, giảm tỷ lệ nước, xi măng

ở vị trí số tối thiểu Ngoài ra để tăng tính chống thấm người ta còn trộn bê tông một

số chất phụ gia

d) Quá trình đông cứng của bê tông và biện pháp bảo quản:

Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào quá trình đông cứng của xi măng thời gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút Vì vậy sau khi trộn bê tông xong cần phải đổ ngay để tranh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước khi đổ thời gian từ lúc bê tông ra khỏi máy trộn đến lúc đổ xong một lớp bê tông

a) Yêu cầu chung:

Trạm trộn bê tông xi măng là một tổng thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm thiết bị này phải phối hợp nhịp nhàng với nhau để hoà trộn các thành phần: cát, đá, nước, phụ gia và xi măng tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng Một trạm trộn bê tông có các yêu cầu chung sau đây:

- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ nhất

- Cho phép sản xuất được sản xuất được hai loại hỗn hợp bê tông khô hoặc ướt

- Hỗn hợp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyển

- Trạm làm việc êm không ồn, không gây ô nhiểm môi trường

- Lắp dựng, sửa chữa đơn giản

- Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay

Hình 2 1 Trạm trộn bê tông

b) Quy trình trộn bê tông:

22

Quy trình chung của 1 trạm trộn đó là: Tập kết vật liệu → Định lượng vật liệu → Đưa vào máy trộn → Trộn bê tông → Thu được bê tông thành phẩm, đưa đến công trường

Nguyên lý hoạt động

Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

2.3 Nhiệm vụ thiết kế

Tầng 1: Gồm 5 khối đá, cát, nước, phụ gia và xi măng

Tầng 2: Gồm bồn cân, băng tải và cảm biến load cell

Tầng 3: Gồm bồn trộn bê tông và động cơ trộn

Khởi động 5 van khối đá, cát, nước, phụ gia và xi măng sẽ xả -> Load Cell sẽ cân

đủ khối lượng đặt thì đóng Các van đá, cát mở để xả xuống băng tải Băng tải xả xuống bồn trộn trong 10s và sau 5s khi xả hết băng tải sẽ dừng Van xi măng sẽ xả cùng lúc với van đá, cát xuống bồn trộn Quá trình trộng khô sẽ bắt đầu trong vòng 10s đặt trước

Tiếp tục sau khi xong trộn khô các van nước, phụ gia sẽ xả xuống bồn trộng tiếp tục quá trình trộn ướt trong 10s đặt trước Sau khi hoàn thành trộn ướt thì xi măng

23

được xả ra khỏi bồn đến xe vận chuyển Quá trình được lặp đi lặp lại cho đến khi hoàn thành số mẻ đặt trước

Lưu đồ thuật toán

Hình 2 3 Lưu đồ thuật toán

24

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PHẦM MỀM và THIẾT KẾ

WINCC

3.1 Tổng quan vè phần mềm thiết kế WinCC

3.1.1 Giới thiệu chung

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa

WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows

NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng các sản phẩm thiết

kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển

Hình 3 1 Đặc tính mở của WinCC

WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động hóa quá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềm cho PC Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy

mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ

25

sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới Ở Việt Nam hệ thống của Siemens được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức

3.1.2 Các đặc điểm chính

a) Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến:

WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất Nhờ sự cộng tác của Siemens và Microsoft, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm

mà Microsoft là người dẫn đầu

b) Hệ thống khách chủ với các chức năng SCADA:

Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp Việc gọi những hình ảnh (picture), các cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo (report) có thể

dễ dàng được thiết lập

c) Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp:

WinCC là một module trong hệ thống tự động hoá, vì thế, có thể sử dụng nó để mở rộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server)

Có thể phát triển tuỳ theo lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ Một loạt các module phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng dụng đã được phát triển sẵn để người dùng chọn lựa khi cần

d) Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn:

Cơ sở dữ liệu Sysbase SQL đã được tích hợp sẵn trong WinCC Tất cả các dữ liệu

về cấu hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển đựơc lưu giữ trong cơ

sở dữ liệu này Người dùng có thể dễ dàng truy cập tới cơ sở dữ liệu của WinCC bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database Connectivity) Sự truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng

và cơ sở dữ liệu khác chạy trên nền Windows

e) Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC):

Các giao diện chuẩn như DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền Windows cũng là những tính năng của WinCC Các tính năng như ActiveX control và OPC server và client cũng được tích hợp sẵn

g) Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ:

Phần mềm WinCC được thiết kế trên cơ sở nhiều ngôn ngữ Nghĩa là, người dùng

có thể chọn tiếng Anh, Pháp, Đức hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ

sử dụng Các ngôn ngữ này cũng có thể thay đổi trực tuyến

h) Giao tiếp với hầu hết các loại PLC:

WinCC có sẵn các kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Siemens như SIMATIC S5/S7/505 cũng như thông qua các giao thức chung như PROFIBUS DP, DDE hay OPC Thêm vào đó, các chuẩn thông tin khác cũng có sẵn như là những lựa chọn hay phần bổ sung

i) WinCC như một phần tử của hệ thống Tự động hoá tích hợp toàn diện (Totally Integrated Automation-TIA):

WinCC đóng vai trò như cửa sổ hệ thống và là phần tử trung tâm của hệ Nó cũng

chính là phần tử SCADA trong hệ thống PCS 7 của Siemens

3.1.3 Thiết kế giao diện

Kết nối PLC tạo project và lựa chọn CPU 1214 DC/DC/DC version V4.2 như sau:

Hình 3 2 Tạo new project