TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ ========== ĐỒ ÁN 3 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG TIA PORTAL Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Xuân Nam Nguyễn Thành Luân Trần Quang Khởi Giảng viên hướng dẫn ThS HỒ SỸ PHƯƠNG Nghệ An, 2022 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đồ Án 3 GVHD HỒ SỸ PHƯƠNG Trang 10 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 DANH MỤC BẢNG BIỂU 6 DANH MỤC HÌNH ẢNH 7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG 11 1 1 Khái niệm 11 1 2 Khái niệm về mác bê tông 11 1 3 Phân loại bê tông 11.
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG
Khái niệm
Bê tông là một hỗn hợp bao gồm cát, đá, xi măng, nước và các chất phụ gia, trong đó cát và đá chiếm tỷ lệ lớn từ 80% đến 85%, xi măng chiếm từ 8% đến 15%, và phần còn lại là nước cùng các chất phụ gia.
Hỗn hợp bê tông được tạo ra từ việc nhào trộn các vật liệu với nhau, và cần có độ dẻo phù hợp với mục đích sử dụng Có nhiều loại bê tông khác nhau dựa trên thành phần của hỗn hợp, với tỷ lệ cát, đá, xi măng,… khác nhau sẽ tạo ra các loại bê tông đặc trưng Để phân biệt các loại bê tông, khái niệm “mác bê tông” được sử dụng.
Khái niệm về mác bê tông
Mác bê tông phản ánh khả năng chịu nén của mẫu bê tông, được xác định theo tiêu chuẩn xây dựng cũ của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995) Mẫu thử nghiệm là một khối bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm × 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn trong 28 ngày sau khi ninh kết Sau thời gian này, mẫu sẽ được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy, từ đó xác định cường độ chịu nén của bê tông, với đơn vị tính là MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kG/cm²).
Bê tông trong kết cấu xây dựng phải chịu nhiều tác động như nén, uốn, kéo và trượt, trong đó nén là ưu thế vượt trội Vì lý do này, cường độ chịu nén thường được sử dụng làm tiêu chí chính để đánh giá chất lượng bê tông, được gọi là “Mác bê tông”.
Mác bê tông được phân loại theo các mức từ 100 đến 600, trong đó "mác bê tông 200" chỉ mức ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông tiêu chuẩn Mẫu bê tông này được dưỡng hộ và nén trong điều kiện tiêu chuẩn khi đạt đến độ tuổi nhất định.
Sau 28 ngày, bê tông có thể đạt cường độ chịu nén lên đến 200 kG/cm², trong khi cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ đạt 90 kG/cm² Giá trị này được sử dụng để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất.
Phân loại bê tông
- Bê tông thường: cường độ từ 150 – 1400 daN/cm 2
- Bê tông chất lượng cao: cường độ từ 500 – 1400 daN/cm 2
Trong xây dựng cầu đường thường sử dụng bê tông có cường độ khoảng 250 – 400 daN/cm 2 hoặc lớn hơn.
1.3.2 Theo loại chất kết dính
Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông polime, bê tông đặc biệt (dùng chất kết dính đặc biệt).
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng và bê tông cốt liệu đặc biệt (như bê tông chịu phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit) là những loại bê tông phổ biến trong xây dựng Ngoài ra, bê tông keramdit và bê tông cốt thép cũng đóng vai trò quan trọng, mang lại tính năng vượt trội cho các công trình.
1.3.4 Theo khối lượng thể tích
Bảng 1 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích.
Loại bê tông γb (g/cmb (g/cm 3 ) Ghi chú
Bê tông đặc biệt nặng
> 2.5 Chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng dùng cho kết cấu đặc biệt.
Bê tông nặng 1.8 – 2.5 Chế tạo từ cát sỏi bình thường, dùng cho kết cấu chịu lực.
Bê tông nhẹ cốt liệu rỗng, bao gồm cả bê tông tổ ong như bê tông khí và bê tông bọt, được chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạp rồng Ngoài ra, bê tông hốc lớn cũng là một loại bê tông không sử dụng cốt liệu nhỏ.
Bê tông đặc biệt nhẹ
< 0.5 Cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng.
1.3.5 Theo phạm vi sử dụng
Bê tông là vật liệu chủ yếu trong các kết cấu cầu bê tông cốt thép như móng, cột, dầm và sàn Nó cũng được sử dụng trong các công trình thủy công như xây đập, âu thuyền và phủ lớp mái kênh dẫn nước Ngoài ra, bê tông còn được áp dụng trong xây dựng đường, sân bay, và các kết cấu bao che, thường là bê tông nhẹ Các loại bê tông đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit và chống phóng xạ cũng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng kỹ thuật.
Các thành phần cốt liệu
Việc lựa chọn xi măng là yếu tố quyết định trong sản xuất bê tông, với nhiều loại xi măng khác nhau Xi măng có mác cao cung cấp khả năng kết dính tốt hơn, nâng cao chất lượng thiết kế bê tông Tuy nhiên, giá thành của xi măng mác cao rất lớn Do đó, thiết kế bê tông cần đảm bảo chất lượng kỹ thuật đồng thời giải quyết vấn đề kinh tế.
Cát sử dụng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hoặc cát nhân tạo, với kích thước hạt từ 0,4 đến 0,5 mm Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, tạp chất và kích thước hạt Trong cấu tạo của bê tông, cát chiếm khoảng 29%, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính chất và độ bền của sản phẩm.
1.4.3 Đá dăm Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích thước của đá, do đó tùy thuộc vào kích cỡ của bê tông mà ta chọn kích thước đá phù hợp Trong thành phần bê tông, đá dăm chiếm khoảng 52%.
Nước dùng trong sản xuất bê tông cần phải đạt tiêu chuẩn chất lượng cao để đảm bảo không gây ảnh hưởng đến quá trình đông kết của bê tông và ngăn ngừa sự ăn mòn của kim loại.
Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có 2 loại phụ gia:
Phụ gia hoạt động bề mặt là loại phụ gia có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông, mặc dù chỉ cần sử dụng với lượng nhỏ Việc sử dụng phụ gia này không chỉ tăng cường các tính chất cơ bản của bê tông mà còn nâng cao hiệu suất tổng thể của sản phẩm.
Phụ gia rắn nhanh có khả năng rút ngắn thời gian đông cứng của bê tông trong điều kiện tự nhiên và tăng cường độ bê tông Hiện nay, công nghệ sản xuất bê tông còn áp dụng phụ gia đa chức năng để cải thiện chất lượng và hiệu suất của sản phẩm.
Tính chất đặc thù của bê tông
1.5.1 Cường độ của bê tông
Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực tác động từ bên ngoài mà không bị phá hoại.
Cường độ bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất của xi măng, tỉ lệ nước, phương pháp đổ bê tông, và điều kiện đông cứng Mác bê tông, ký hiệu là “M”, thể hiện cường độ chịu nén tính theo (N/cm²) của mẫu bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương có kích thước cạnh 15 cm, được thí nghiệm sau 28 ngày dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 20°C ± 2°C, độ ẩm không khí 90% đến 100%) Mác “M” là chỉ tiêu cơ bản nhất cho mọi loại bê tông và kết cấu.
Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế như sau:
- Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500, M600 Bê tông nặng có khối lượng riêng khoảng 1800 kg/m 3 đến 2500 kg/ m 3 cốt liệu sỏi đá đặc chắc.
- Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300 Bê tông nhẹ có khối lượng riêng trong khoảng 800 kg/m 3 đến 1800 kg/m 3 , cốt liệu là các loại đá có lỗ rỗng, keramzit, xỉ quặng…
Trong kết cấu bê tông cốt thép, mác bê tông phải đạt tối thiểu 150 để đảm bảo khả năng chịu lực Cường độ bê tông có xu hướng tăng theo thời gian, giúp công trình bền vững hơn so với các vật liệu khác như gạch, đá, gỗ hay thép Ban đầu, cường độ tăng nhanh nhưng sau đó sẽ chậm lại Trong điều kiện môi trường thuận lợi, quá trình tăng cường độ có thể kéo dài nhiều năm, trong khi ở điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp, sự gia tăng này sẽ không đáng kể.
Bảng 1 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông.
Mác (M) Xi măng (Kg) Cát (m 3 ) Đá (m 3 ) Nước (lít)
Trong quá trình rắn chắc, bê tông phát sinh biến dạng thể tích, nở ra khi tiếp xúc với nước và co lại trong không khí Độ co thường lớn gấp 10 lần độ nở, và trong một giới hạn nhất định, độ nở có thể cải thiện cấu trúc bê tông Ngược lại, hiện tượng co ngót thường dẫn đến những hậu quả tiêu cực cho công trình.
Bê tông co ngót do nhiều nguyên nhân, chủ yếu là mất nước và quá trình cacbon hóa hydroxit trong đá và xi măng Hiện tượng này dẫn đến giảm thể tích của hệ xi măng – nước, gây ra nứt, giảm cường độ, khả năng chống thấm và độ ổn định của bê tông, đặc biệt trong môi trường xâm thực Để giảm thiểu nứt ở các công trình có chiều dài lớn, việc phân đoạn và tạo khe co giãn là cần thiết.
Tính chống thấm của bê tông được xác định bởi độ thẩm thấu nước qua kết cấu bê tông, trong đó độ chặt của bê tông đóng vai trò quyết định Để cải thiện tính chống thấm, cần nâng cao độ chặt của bê tông thông qua việc đầm kỹ, lựa chọn hợp lý thành phần cấp phối hạt của cốt liệu và giảm tỷ lệ nước so với xi măng ở mức tối thiểu Bên cạnh đó, việc trộn bê tông với các chất phụ gia cũng giúp tăng cường khả năng chống thấm.
Quá trình đông cứng của bê tông và biện pháp bảo quản
Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào sự đông cứng của xi măng, với thời gian đông kết không bắt đầu sớm hơn 45 phút Do đó, sau khi trộn bê tông, cần phải đổ ngay để tránh hiện tượng vữa xi măng đông cứng trước khi thi công Thời gian từ khi bê tông ra khỏi máy trộn đến khi hoàn thành đổ một lớp bê tông (không tính phụ gia) không được vượt quá 90 phút khi sử dụng xi măng pooclang.
Thời gian tối ưu để sử dụng xi măng pooclang xi, tro núi lửa và xi măng pupơlan là 110 phút Việc vận chuyển bê tông từ khi đổ ra khỏi máy trộn đến khi đổ vào khuôn không nên kéo dài quá lâu, nhằm tránh hiện tượng phân tầng của vữa bê tông.
Thời gian vận chuyển cho phép của bê tông (không có phụ gia):
Bảng 1 3 Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo từng mức nhiệt độ.
Thời gian vận chuyển (phút) 45 60 95
TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
Giới thiệu chung
Hiện nay trên thị trường có hai loại trạm trộn chính: trạm trộn bê tông nhựa nóng và trạm trộn bê tông xi măng.
Trạm trộn bê tông nhựa nóng là thiết bị chuyên dụng để sản xuất bê tông từ hỗn hợp nhựa đường, đá và chất phụ gia Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình như đường xá, cầu cống và cảng biển, với mục đích rải bê tông lên bề mặt để đảm bảo độ bền và chất lượng cho các công trình giao thông.
Hình 2 1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng.
Trạm trộn bê tông xi măng đóng vai trò quan trọng trong ngành xây dựng hiện nay, với ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất bê tông từ hỗn hợp cát, đá, xi măng, nước và phụ gia.
Hình 2 2 Trạm trộn bê tông xi măng.
Trạm trộn bê tông xi măng
Trạm trộn bê tông xi măng là một hệ thống phức hợp bao gồm nhiều cụm và thiết bị, cần phối hợp nhịp nhàng để trộn đều các thành phần như cát, đá, nước, phụ gia và xi măng Để đảm bảo chất lượng bê tông, trạm trộn phải đáp ứng các yêu cầu chung nhất định.
- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ nhất.
- Cho phép 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 ổn định, không ồn, không gây ô nhiễm môi trường.
- Lắp đặt sửa chữa đơn giản.
- Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay.
Có 2 loại trạm trộn bê tông xi măng chính như sau:
- Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng băng tải.
- Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu.
Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng, tuy nhiên nhìn chung đều bao gồm các cụm và thiết bị sau:
- Thiết bị định lượng (cát, đá, xi măng, nước và phụ gia).
- Thiết bị trộn, máy trộn.
2.2.3 Cấu tạo chung của trạm trộn bê tông xi măng
Việc cấp cát, đá cho trạm trộn có nhiều phương án khác nhau tuy nhiên tham khảo thực tế ta có 2 phương án sau:
Bảng 2 1 Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu.
Cấp liệu kiểu gầu Cấp liệu kiểu băng tải
Vật liệu như đá và cát được tập trung tại bãi chứa liệu, được phân loại trong các ngăn riêng biệt Sau đó, vật liệu được gầu cào đưa vào thiết bị định lượng Khi đã được định lượng chính xác, vật liệu sẽ được xả vào skip, từ đó được đổ vào thùng trộn để chuẩn bị cho quy trình tiếp theo.
Cát và đá được tập kết tại bãi và sau đó được máy xúc gầu lật đổ vào bồn chứa thiết bị định lượng Sau khi được định lượng chính xác theo yêu cầu, vật liệu sẽ được băng tải vận chuyển vào thùng Ưu điểm của quy trình này là đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc cung cấp nguyên liệu.
Cấp liệu trực tiếp từ bãi chứa mà không qua thiết bị vận chuyển trung gian.
Diện tích mặt bằng cho toàn trạm không lớn lắm.
Cấp liệu cho máy trộn được liên tục.
Vật liệu ở bãi chứa không cần phải vun cao và không cần phải có tấm cách vật liệu.
Vật liệu ở bãi chứa phải được vun cao cho đủ lượng dự trữ.
Việc cấp liệu cho máy trộn không liên tục.
Bãi chứa phải có vách ngăn phân chia vật liệu.
Với phương án này chỉ áp dụng cho trạm trộn có năng suất thấp.
Việc cấp liệu cho băng tải phải có thiết bị chuyên dùng.
Khoảng cách lớn giữa băng tải và thùng trộn làm tăng khả năng tiếp xúc của vật liệu với môi trường, dẫn đến nguy cơ ô nhiễm nếu không được bảo vệ đúng cách.
Phương án này được áp dụng cho các trạm trộn có năng suất lớn.
Bảng 2 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu.
Dùng bằng gầu tải Dùng xi lô
Xi măng từ bao bì nhỏ đổ vào phễu được băng gầu vận chuyển đổ vào xi lô nhỏ vào
Xi măng rời được vận chuyển bằng khí nén vào silo, sau đó được chuyển đến thiết bị định lượng bằng vít tải và cuối cùng được xả vào thùng trộn Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm hiệu quả trong quá trình vận chuyển và định lượng, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Có thể cấp xi măng cho trạm với khối lượng nhỏ.
Kết cấu đơn giản, giá thành hạ.
Không gây ô nhiễm môi trường. Tiết kiệm được chi phí vận chuyển do nạp xi măng với khối lượng lớn.
Do cấp xi măng từ bao bì nên gây ô nhiễm.
Năng suất vận chuyển thấp không thích hợp với trạm trộn có năng suất cao.
Khi cần nạp liệu với khối lượng nhỏ không thuận lợi.
Kết cấu phức tạp, giá thành đắt.
Phương pháp này được dùng phổ biến ở các trạm trộn bê tông.
Cấp nước và phụ gia:
Việc cung cấp nước và phụ gia chủ yếu được thực hiện thông qua phương pháp cấp trực tiếp từ bồn chứa Nước và phụ gia được dẫn từ bồn chứa qua hệ thống ống xả đến thiết bị định lượng và sau đó vào thùng trộn.
Bảng 2 3 Các phương pháp định lượng. Định lượng theo thể tích Định lượng theo khối lượng
Vật liệu được xả vào trong thùng chưa có thể tích phù hợp với thể tích vật liệu cho một mẻ trộn.
Vật liệu được đưa lên bàn cân, nơi có thiết bị cảm biến gắn liền Tín hiệu từ cảm biến được máy tính xử lý và hiển thị kết quả trên bộ chỉ thị Các thành phần như cát, đá, nước, phụ gia và xi măng được định lượng một cách độc lập, mang lại sự chính xác cao trong quá trình cân đo.
Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ. Định lượng vật liệu có độ chính xác cao.
Nhược điểm Định lượng thành phần cốt liệu thiếu chính xác dẫn đến
Kết cấu bê tông phức tạp và có giá thành cao, trong khi chất lượng bê tông thường không được đảm bảo Việc định lượng theo thể tích chủ yếu được áp dụng để đo lường nước và phụ gia, hoặc để định lượng vật liệu tại các trạm trộn bê tông nhỏ lẻ, nhưng hiện nay phương pháp này đang ít được sử dụng.
Hiện nay người ta thường dùng phương pháp định lượng kiểu khối lượng là chủ yếu.
Dùng để trộn hỗn hợp các nguyên liệu và xả ra xe bồn Thường sử dụng động cơ để quay trộn bê tông.
- Hệ thống điều khiển bằng điện.
- Cấp nguồn cho trạm trộn.
- Điều khiển các động cơ cấp liệu, động cơ trộn.
- Cảnh báo sự cố, báo lỗi.
- Hệ thống điều khiển khí nén thủy lực.
- Điều khiển các van khí nén và xy lanh để đóng mở cửa cấp liệu, cửa xả.
Kết cấu thép dùng để làm giá đỡ cho các cụm ở trên được chắc chắn, đảm bảo an toàn khi vận hành và sản xuất.
Trạm trộn bê tông xi măng nhìn chung hoạt động theo nguyên lý sau:
Hình 2 4 Nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng.
GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
Khái quát chung về PLC
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) là một máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Ý tưởng về PLC được Richard Morley, một nhà phát minh người Mỹ, giới thiệu lần đầu vào năm 1968, nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của General Motors về việc phát triển một thiết bị lập trình mềm dẻo thay thế cho mạch điều khiển logic cứng Công ty Allen Bradley và Bedford Associate (Modicon) đã trình bày PLC đầu tiên Ban đầu, thiết bị này được gọi là Programmable Controller (PC), nhưng sau khi máy tính cá nhân trở nên phổ biến, thuật ngữ PLC đã được sử dụng rộng rãi hơn để tránh nhầm lẫn.
3.1.2 Các loại PLC thông dụng
Bảng 3 1 Một số loại PLC thông dụng.
Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2C Dòng CQM1
Dòng CP1E Dòng CP1L Dòng CP1H Dòng CJ1/M
Dòng FX: FX1N, FX1S, FX2N, FX3G…
Dòng A PLC: A large CPU, QnAS CPU, AnS CPU Dòng Q PLC
Hãng Delta Dòng DVP – SA
Dòng DVP – SC Dòng DVP – SX Dòng DVP – SV Dòng DVP – ES
Các ngôn ngữ lập trình PLC được quy định trong chuẩn IEC 61131 – 3 bao gồm:
Ngôn ngữ lập trình cơ bản:
- Instruction List (IL): dạng hợp ngữ.
- Structured Text (ST): giống Pascal.
Các ngôn ngữ đồ họa:
- Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le.
- Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý.
- Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet.
3.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC
Hình 3 1 Sơ đồ khối PLC
Bộ xử lý trung tâm (CPU): Bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý điều hành hoạt động của toàn hệ thống.
Các kênh truyền trong hệ thống máy tính bao gồm bus dữ liệu, bus địa chỉ, bus điều khiển và bus hệ thống Bus dữ liệu thường có độ rộng 8 bit, truyền tải thông tin dưới dạng nhị phân, trong khi bus địa chỉ thường là 8 hoặc 16 bit, dùng để chỉ định vị trí trong bộ nhớ Bus điều khiển truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến các thành phần khác, và bus hệ thống đảm nhiệm việc trao đổi thông tin giữa các cổng nhập xuất và thiết bị ngoại vi.
Bộ nguồn: cung cấp nguồn một chiều (5V) ổn định cho CPU và các thành phần chức năng khác từ một nguồn xoay chiều (110, 220V…) hoặc nguồn một chiều (12, 24V…).
Các thành phần vào/ra đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối CPU với các thiết bị ngoại vi như cảm biến và cơ cấu chấp hành Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi và thích ứng tín hiệu, đồng thời cách ly các thiết bị này với CPU Đầu vào số (DI: Digital Input) được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân từ các nguồn như nút ấn, công tắc và cảm biến Dải điện áp đầu vào cho các tín hiệu này có thể là 5 VDC, 12 – 24 VDC/VAC, hoặc 48 VDC.
Đầu vào tương tự (AI: Analog Input) chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số, thường kết nối với các bộ chuyển đổi như cảm biến nhiệt độ và cảm biến lưu lượng, với các chuẩn tín hiệu phổ biến như 4 – 20mA, 0 – 5V, và 0 – 10V Đầu ra tương tự (AO: Analog Output) biến đổi tín hiệu số từ CPU thành tín hiệu tương tự để điều khiển các thiết bị như biến tần và van điện từ Đầu ra số (DO: Digital Output) kết nối với các thiết bị nhận tín hiệu nhị phân như đèn báo và cuộn hút Relay.
3 loại đầu ra số là dạng Trans (1 chiều), Triac (xoay chiều) và Relay với các dải điện áp 5 VDC, 24 VDC, 12 – 48VDC/VAC, 120 VAC, 230 VDC.
3.1.4.2 Phương thức thực hiện chương trình.
PLC hoạt động theo chu trình lặp, với mỗi chu trình được gọi là vòng quét (Scan) Vòng quét bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số đến vùng bộ đệm ảo ngõ vào, sau đó là giai đoạn thực hiện chương trình.
Trong mỗi vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc, sau đó chuyển nội dung bộ đệm ảo ra các cổng số Vòng quét kết thúc với giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Thời gian cần thiết để PLC hoàn thành một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét (scan time), và thời gian này không cố định Mỗi vòng quét có thể có thời gian thực hiện khác nhau, phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình và khối lượng dữ liệu truyền thông.
- Điều khiển các dây truyền đóng gói bao bì, tự động mạ tráng kẽm, sản xuất bia, sản xuất xi măng…
- Hệ thống rửa ô tô tự động.
- Điều khiển máy sấy, máy ép nhựa…
PLC – S7 1200
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic khả trình (PLC) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ, S7-1200 mang đến giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa.
S7 – 1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển.
S7 – 1200 trang bị cổng PROFINET, tương thích với chuẩn Ethernet và TCP/IP Bên cạnh đó, người dùng còn có thể sử dụng các module truyền thông mở rộng để kết nối qua RS485 hoặc RS232.
Phần mềm Step 7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens, mang lại sự tiện lợi cho người dùng.
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau PLC S7 – 1200 có các loại sau:
Tính năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C
Work 30 Kbytes 50 Kbytes 75 Kbytes 100 Kbytes
Load 1 Mbyte 1 Mbyte 4 Mbyte 4 Mbyte
Retentive 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes
10 Out Kiểu tương tự 2 inputs 2 inputs 2 inputs 2 inputs / 2 outputs Kích thước bộ đệm
Inputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes Outputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes
Bit nhớ (M) 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes Module mở rộng vào ra (SM) None 2 8 8
Bộ đếm tốc độ cao
3 at 100kHz SB: 2 at 30kHz
3 at 80kHz SB: 2 at 20kHz
1 at 20kHz SB: 2 at 20kHz
Card nhớ SIMATIC Memory Card (optional)
Lưu trữ thời gian đồng hồ thời gian thực
Chuẩn là 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 40 0 C
(duy trì bằng tụ điện có điện dung lớn)
2 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi phép toỏn thực 2.3 às/lệnh
Tốc độ thực thi logic
PLC có 3 loại bộ nhớ sử dụng là Load memory, Work memory và Retentive Memory:
- Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi down xuống.
- Work memory là bộ nhớ lúc làm việc.
- System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào đây.
Bảng 3 3 Phân vùng bộ nhớ.
Bộ nhớ CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Bảng 3 4 Tập lệnh xử lý bít.
Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1.
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là 0.
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại.
Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ.
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại.
Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ.
Giá trị của các bit có địa chỉ n sẽ được đặt thành 1 khi đầu vào lệnh là 1 Ngược lại, nếu đầu vào lệnh bằng 0, các bit này sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại.
Giá trị của các bit có địa chỉ n sẽ trở thành 0 khi đầu vào lệnh là 1, trong khi nếu đầu vào lệnh là 0, bit này sẽ duy trì trạng thái hiện tại của nó.
Bảng 3 5 Tập lệnh Timer, Counter.
Khi ngõ vào IN ngừng tác động, Timer sẽ tự động reset và dừng hoạt động Việc thay đổi PT trong quá trình Timer vận hành không ảnh hưởng đến chức năng của nó.
Bảng 3 6 Tập lệnh toán học.
Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1 IN2, IN1 IN2.
When comparing two similar data types, a successful comparison yields an output of level 1 = TRUE (indicating a high impact), while an unsuccessful comparison results in the opposite The data types that can be compared include SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal, String, Time, DTL, and Constant.
Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2.
Lệnh trừ SUB : 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 có giá trị bằng 1 nếu quá trình thực thi diễn ra thành công, trong khi đó ENO sẽ bằng 0 khi có lỗi xảy ra Một số lỗi có thể phát sinh trong quá trình thực hiện lệnh này.
Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu.
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
Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1, giá trị bộ đếm CV sẽ tăng lên 1 Ngõ ra Q sẽ được kích hoạt thành 1 khi giá trị CV lớn hơn hoặc bằng PV Nếu trạng thái R (Reset) được kích hoạt, giá trị bộ đếm CV sẽ trở về 0.
3.2.3.4 Di chuyển và chuyển đổi dữ liệu.
Bảng 3 7 Tập lệnh di chuyển.
Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN.
EN: cho phép ngõ vào
ENO: cho phép ngõ ra
IN: nguồn giá trị đến
Hình 3 2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay.
Hình 3 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay.
Hình 3 4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC.
Phần mềm Tia – Portal v16
3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic
Step 7 Basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo. Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chuẩn đoán và nhiều hơn nữa.
Trực quan dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động.
3.3.2 Các bước tạo một project
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V16
Hình 3 5 Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V16.
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”.
Hình 3 7 Đặt tên cho dự án.
Bước 5: Chọn “add new device”.
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn “add”.
Bước 7: Project mới được hiện ra.
Hình 3 11 Một project mới được tạo ra.
THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU
Xây dựng thuật toán điều khiển
4.1.1 Sơ đồ khối chung toàn hệ thống
CHẠY CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG
CHẠY CHƯƠNG TRÌNH BẰNG TAY
Sơ đồ khối tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ tự động
START ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH OK
TT = CÀI ĐẶT ĐÓNG VAN CẤP PHỤ GIA ĐÚNG SAI
XẢ XONG NƯỚC + PHỤ GIA
MỞ VAN XẢ PHỤ GIA
SỐ LÍT TT = TIME CÀI ĐẶT ĐÚNG SAI
- MỞ VAN XẢ THÀNH PHẨM ĐÚNG SAI
CẢM BIẾN CẠN TÁC ĐỘNG SAI
Hình 4 1 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông tự động.
4.1.2.Sơ đồ khối tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ bằng tay
DỪNG THIẾT BỊ ĐÚNG ĐÚNG ĐÚNG
Hình 4 2 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông bằng tay.
4.1.3.Sơ đồ khối cân đá
Hình 4 3 Sơ đồ khối quá trình cân đá.
4.1.4.Sơ đồ khối cân cát
Hình 4 4 Sơ đồ khối quá trình cân cát.
4.1.5.Sơ đồ khối cân nước
Hình 4 5 Sơ đồ khối quá trình cân nước.
4.1.6Sơ đồ khối cân xi măng
Hình 4 6 Sơ đồ khối quá trình cân xi măng.
4.1.7.Sơ đồ khối cân phụ gia
Hình 4 7 Sơ đồ khối quá trình cân phụ gia.
4.1.8.Sơ đồ khối hoạt động của băng tải
Hình 4 8 Sơ đồ khối hoạt động của băng tải.
4.1.9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn
Hình 4 9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn.
4.1.10.Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông
Hình 4 10 Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông.
Lập trình điều khiển cho PLC S7 – 1200
4.2.1.Xác định đầu vào/ra
Bảng 4.1 Bảng địa chỉ tín hiệu từ loadcell.
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 I_Loadcell_Da IW64 int Cảm biến cân đá
2 I_Loadcell_Cat IW66 int Cảm biến cân cát
3 I_Loadcell_Nuoc IW68 int Cảm biến cân nước
4 I_Loadcell_PG IW70 int Cảm biến cân phụ gia
5 I_Loadcell_XM IW72 int Cảm biến cân xi măng
Bảng 4.2 Bảng địa chỉ tín hiệu input.
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 I_Mode I0.0 Bool Switch chế độ 1 auto, 0 manu
2 I_Start I0.1 Bool Nút nhấn chạy hệ thống
3 I_Stop I0.2 Bool Nút nhấn dừng hệ thống
4 I_SW_V1_Da I0.3 Bool Đóng/mở van cấp đá
5 I_SW_V2_Da I0.4 Bool Đóng/mở van xả đá
6 I_SW_V1_Cat I0.5 Bool Đóng/mở van cấp cát
7 I_SW_V2_Cat I0.6 Bool Đóng/mở van xả cát
8 I_SW_V1_Nuoc I0.7 Bool Đóng/mở van cấp nước
9 I_SW_V2_Nuoc I1.0 Bool Đóng/mở van xả nước
10 I_SW_V1_PG I1.1 Bool Đóng/mở van phụ gia
11 I_SW_V2_PG I1.2 Bool Đóng/mở van phụ gia
12 I_SW_XILO_XM I1.3 Bool Chạy/Dừng xilo xi măng
13 I_SW_V2_XM I1.4 Bool Đóng/mở van xả xi măng
14 I_SW_BT I1.5 Bool Chạy/Dừng băng tải đá cát
15 I_SW_TRON I1.6 Bool Chạy/Dừng động cơ trộn
16 I_SW_VX I1.7 Bool Đóng/mở van xả bồn trộn
17 I_CB_Low_Da I2.0 Bool Cảm biến báo hết đá
18 I_CB_Low_Cat I2.1 Bool Cảm biến báo hết cát
19 I_CB_Low_Nuoc I2.2 Bool Cảm biến báo hết nước
20 I_CB_Low_PG I2.3 Bool Cảm biến báo hết phụ gia
21 I_CB_Low_XM I2.4 Bool Cảm biến báo hết xi măng
22 I_CB_Low_BT I2.5 Bool Cảm biến cạn bồn trộn
Bảng 4.3 Bảng địa chỉ tín hiệu output.
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 Q_lamp_Auto Q0.0 Bool Đèn chế độ auto
2 Q_lamp_Manu Q0.1 Bool Đèn chế độ manu
3 Q_Lamp_Fault Q0.2 Bool Đèn báo lỗi
4 Q_V1_Da Q0.3 Bool Đầu ra van cấp đá
5 Q_V2_Da Q0.4 Bool Đầu ra van xả đá
6 Q_V1_Cat Q0.5 Bool Đầu ra van cấp cát
7 Q_V2_Cat Q0.6 Bool Đầu ra van xả cát
8 Q_V1_Nuoc Q0.7 Bool Đầu ra van cấp nước
9 Q_V2_Nuoc Q1.0 Bool Đầu ra van xả nước
10 Q_V1_PG Q1.1 Bool Đầu ra van phụ gia
11 Q_V2_PG Q1.2 Bool Đầu ra van phụ gia
12 Q_XILO_XM Q1.3 Bool Đầu ra động cơ xilo xi măng
13 Q_V2_XM Q1.4 Bool Đầu ra van xả xi măng
14 Q_BT Q1.5 Bool Đầu ra băng tải đá cát
15 Q_TRON Q1.6 Bool Đầu ra động cơ trộn
16 Q_VX Q1.7 Bool Đầu ra van xả bồn trộn
Bảng 4.4 Bảng địa chỉ các biến phụ.
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 Q_Auto_V1_Da M20.0 Bool Đầu ra trung gian Auto van cấp đá
2 Q_Auto_V2_Da M20.1 Bool Đầu ra trung gian Auto van xả đá
3 Q_Auto_V1_Cat M20.2 Bool Đầu ra trung gian Auto van cấp cát
4 Q_Auto_V2_Cat M20.3 Bool Đầu ra trung gian Auto van xả cát
5 Q_Auto_V1_Nuoc M20.4 Bool Đầu ra trung gian Auto van cấp nước
6 Q_Auto_V2_Nuoc M20.5 Bool Đầu ra trung gian Auto van xả nước
7 Q_Auto_V1_PG M20.6 Bool Đầu ra trung gian Auto van phụ gia
8 Q_Auto_V2_PG M20.7 Bool Đầu ra trung gian Auto van phụ gia
9 Q_Auto_XILO_XM M21.0 Bool Đầu ra trung gian Auto động cơ xilo xi măng
10 Q_Auto_V2_XM M21.1 Bool Đầu ra trung gian Auto van xả xi măng
11 Q_Auto_BT M21.2 Bool Đầu ra trung gian Auto băng tải đá cát
12 Q_Auto_TRON M21.3 Bool Đầu ra trung gian Auto động cơ trộn
13 Q_Auto_VX M21.4 Bool Đầu ra trung gian Auto van xả bồn trộn
14 Q_Manu_V1_Da M30.0 Bool Đầu ra trung gian Manu van cấp đá
15 Q_Manu_V2_Da M30.1 Bool Đầu ra trung gian Manu van xả đá
16 Q_Manu_V1_Cat M30.2 Bool Đầu ra trung gian Manu van cấp cát
17 Q_Manu_V2_Cat M30.3 Bool Đầu ra trung gian Manu van xả cát
18 Q_Manu_V1_Nuoc M30.4 Bool Đầu ra trung gian Manu van cấp nước
19 Q_Manu_V2_Nuoc M30.5 Bool Đầu ra trung gian Manu van xả nước
20 Q_Manu_V1_PG M30.6 Bool Đầu ra trung gian Manu van phụ gia
21 Q_Manu_V2_PG M30.7 Bool Đầu ra trung gian Manu van phụ gia
22 Q_Manu_XILO_XM M31.0 Bool Đầu ra trung gian Manu động cơ xilo xi măng
23 Q_Manu_V2_XM M31.1 Bool Đầu ra trung gian Manu van xả xi măng
24 Q_Manu_BT M31.2 Bool Đầu ra trung gian Manu băng tải đá cát
25 Q_Manu_TRON M31.3 Bool Đầu ra trung gian Manu động cơ trộn
26 Q_Manu_VX M31.4 Bool Đầu ra trung gian Manu van xả bồn trộn
4.2.2.Cấu hình phần cứng thiết bị
Hình 4 11 Tổng quan phần cứng.
Hình 4 12 PLC S7 – 1200 AC/DC/RL.
Hình 4 13 Module mở rộng analog.
4.2.2.4.Module mở rộng vào/ra.
Hình 4 14 Module mở rộng đầu vào ra.
4.2.2.5.Module mở rộng đầu vào.
Hình 4 15 Module mở rộng đầu vào.
4.2.3.Giới thiệu khối hàm FC
Hàm chức năng FC là một khối logic bao gồm các biến In, Out, In/Out được cung cấp bởi chương trình, cùng với biến Temp sử dụng nội bộ, mặc dù không bắt buộc phải sử dụng tất cả các biến này Hàm FC không có bộ nhớ nội, dẫn đến việc dữ liệu sẽ bị mất khi ra khỏi khối, và cũng không có khối dữ liệu Instance.
DB giống như khối hàm chức năng FB.
4.2.4.Lập trình PLC – S7 1200 4.2.4.1.Khối chương trình chính (OB1)
Chức năng của khối này là khởi tạo các giá trị cài đặt mặc định của hệ thống khi khởi động PLC lên.
TT Mục cài đặt Giá trị
1 Cài đặt số mẻ trộn 1
2 Cài đặt thời gian trộn khô 10 giây
3 Cài đặt thời gian trộn ướt 20 iây
4.2.4.3.Chương trình con chế độ tự động (FC3)
4.2.4.4.Chương trình con đọc về analog giá trị loadcell(FC1)
4.2.4.5.Chương trình con chế độ bằng tay(FC2)
4.2.4.6.Chương trình con xuất ra đầu ra Output (FC4)
4.2.4.7.Chương trình con mô phỏng (FC5)
Thiết kế giao diện điều khiển
Hình 4 16 Cấu hình thiết bị.
Hình 4 17 Kết nối PLC và Máy tính.
4.3.2.Thiết kế giao diện điều khiển màn hình chính
Hình 4 18 Thiết kế giao diện màn hình chính.
4.3.3.Thiết kế giao diện các màn hình thông báo
Hình 4 19 Màn hình cảnh báo hoàn thành quá trình trộn.
4.3.4.Màn hình cảnh báo lỗi
Hình 4 20 Màn hình cảnh báo lỗi
Hình 4 21 Màn hình đồ thị
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Download chương trình xuống PLC SIM
Từ giao diện màn hình hàm main Kích vào biểu tượng (Start Simulation).
Chương trình giả lập PLC được khởi động có giao diện như hình ảnh Kích vào lựa chọn “Load”.
Sau đó một cửa sổ mới hiện ra Tích chọn vào ô “Start all” Sau đó ấn
Hình 5 4 Chạy mô phỏng plc.
Màn hình chính
Từ giao diện thiết kế màn hình chính, ta nhấn chuột vào biểu tượng Start Simulation.
Sau khi phần mềm thực hiện mô phỏng giao diện hiển thị điều khiển giám sát có hình thức như sau:
Hình 5 6.Màn hình ở chế độ bằng tay.
Chế độ tự động
Để bắt đầu quá trình trộn bê tông tự động, hãy nhấp vào nút “AUTO” màu xanh Sau đó, giao diện điều khiển giám sát sẽ hiển thị ở chế độ tự động.
Màn hình ở chế độ tự động cho phép người dùng nhập và theo dõi các thông số nguyên vật liệu theo thời gian thực Phía bên trái hiển thị khu vực nhập liệu, trong khi bên phải mô phỏng các quá trình cân, xả và trộn bê tông.
Bước 2: Cài đặt các thông số
Bước 3: Sau khi đèn điều kiện vận hành sáng thì nhấn chọn start để chạy chế độ tự động
Bước 4: Giao diện tự động như sau
Bước 5: Sau khi trộn xong số mẻ đặt thì hệ thống hiển thị thông báo như sau:
Chế độ bằng tay
Chế độ điều khiển bằng tay có thể là các nút nhấn tại tủ hiện trường hoặc có thể điều khiển trên Scada thông qua Các switch chuyển mạch.
Bước 1: Chọn chế độ vận hành sang chế độ bằng tay
Bước 2: Tại các thiết bị có các Switch, nhấn chọn bật tắt thiết bị cần điều khiển bằng tay (On: Bật, Off: tắt)
