Đề tài nghiên cứu: Hệ thống điều khiển máy trộn bê tông tự động

Ờ Ở Ầ L I M Đ U

ự ệ ệ ấ ướ ạ Trong s nghi p hi n đ i hóa công nghi p hóa đ t n ấ c thì v n đ T ề ự

ế ứ ả ấ ọ ệ ộ đ ng hóa quá trình s n xu t đóng vai trò h t s c quan tr ng

ủ ụ ự ộ ằ ấ

ủ ả ả ạ ẩ

ờ ả ự ạ ệ ặ

ả

ự ế ứ ủ ạ M c tiêu c a quá trình T Đ ng Hóa là nh m nâng cao năng su t dây ề ấ ượ ệ ng và kh năng c nh tranh c a s n ph m , chuy n công ngh , nâng cáo ch t l ề ộ ề ồ ệ đ ng th i c i thi n đi u ki n lao đ ng . S c nh tranh hàng hóa đ t ra m t v n đ ả ự ộ ể ệ ố ờ ự đ ng hóa s n xu t ph i có tính linh ho t cao th i s là làm sao đ h th ng t ườ ộ ằ ng xuyên c a th tr nh m đáp ng s bi n đ ng th ộ ấ ạ ấ ị ườ ng hàng hóa c nh tranh.

ề ưở ả ượ ử ụ

ặ ủ ự ộ ng đ u có góp m t c a t ươ c s d ng nh m t ph ử ụ ậ ề ả ậ ệ ư ộ ệ ấ ộ

ể ộ

ệ ố ẫ ộ ự ệ ầ ớ Trong ph n l n các nhà máy, phân x đ ng hóa. ậ ệ ng ti n v n i đ Trong các dây chuy n s n xu t, băng t ệ ố chuy n hàng hóa, v t li u m t cách nhanh chóng và thu n ti n. S d ng h th ng ị ố ỡ ủ ướ ự ướ ng d n và giúp đ c a cô T ng Th i s h này đ an toàn cao. Nên chúng em d ự ộ ể ề ề đ ng ”. Lý đã th c hi n đ tài: “H th ng đi u khi n máy tr n bê tông t

ẽ

ề ế ủ ứ ứ ề ế ữ ế ầ ỏ Trong quá trình nghiên c u và th c hi n đ tài, chúng em s không tránh t c a mình, kính mong th y cùng

ạ ệ ự ự ể kh i nh ng thi u sót v ki n th c và s hi u bi ệ ố ơ các b n sinh viên giúp chúng em hoàn thi n t t h n.

Ụ

M C L C

CHƯƠNG I. PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN

4 ........................................

4 1.1 Phân tích công nghệ . ........................................................................................................ a. Khởi động hệ thống. 4 ......................................................................................................... 5 ................................................................................................................... b. Dừng hệ thống 5 ................................................................................................................... c. Dừng khẩn cấp

1.2 Lưu đồ thuật toán

a. Lưu đồ thuật toán khởi động chương trình

5 .............................................................................................................. 6 ........................................................................

b. Lưu đồ thuật toán đọc analog.

9 .....................................................................................................

c. Lưu đồ thuật toán dừng hệ thống.

10 ..............................................................................................

CHƯƠNG II. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG

11 .............................................................

2.1 Cảm biến trọng lượng Loadceel

11 ......................................................................................

2.2 Cảm biến hồng ngoại

12 .....................................................................................................

2.3 Tính chọn PLC và Modul mở rộng

a. Tính chọn PLC b. Tính chọn modul mở rộng

13 ................................................................................... 13 .................................................................................................................. 14 ................................................................................................

CHƯƠNG III. XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN CÔNG I/O

16 ........................................................................

CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN

17 .......................................................................................

4.1 Thiết kế sơ đồ mạch lực

17 ..................................................................................................

4.2 Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển

18 ....................................................................................... 18 ......................................................................... a. Mạch kết nối Loadcell với modul EM235 18 b. Mạch điện kết nối CPU-224 .............................................................................................. 19 .................................................................................... c. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển

CHƯƠNG V. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỚI PLC S7-200

20 ...........................

CHƯƠNG VI. GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG BẰNG PC - SIMU

27 ...................................

Ụ

Ả

M C L C HÌNH NH

Hình 1: Mô tả về mô hình hệ thống trộn nhiên liệu tự động...................................................4

Hình

Cảm

H8C

Loadcell

biến

lực

2:

–

Zemic ............................................................................................................................................................. 11

Hình 3 . Modul cảm biến hồng ngoại .................................................13

Hình 4: PLC S7-200 CPU 224................................................................................................... 13

Hình 5: Module EM235............................................................................................................. 14

CHƯƠNG I.

Ệ

PHÂN TÍCH CÔNG NGH VÀ L U Đ

Ư Ồ

Ậ

THU T TOÁN

ơ ồ ồ S đ g m:

ứ

(1): Thùng ch a cát (2): Thùng ch a đáứ

ả (3): Băng t ở i ch cát

ả (4): Băng t ở i ch đá

ứ (5): Thùng ch a ximăng

ứ ộ (6): Ru t gà ch a ximăng

(7): Thùng cân cát đá

(8): Thùng cân ximăng (9): Thùng tr nộ

ứ ữ (10): Thùng ch a v a

ệ ừ ể ở (11): Van đi n t đ đóng m thùng cân cát đá

ệ ừ ể ở (12): Van đi n t đ đóng m thùng cân ximăng

ệ ừ ể (13): Van đi n t ộ ở đ đóng m thùng tr n

ả ề ệ ố ệ ự ộ ộ Hình 1: Mô t v mô hình h th ng tr n nhiên li u t đ ng

1.1 Phân tích công ngh .ệ

ệ ố ở ộ a. Kh i đ ng h th ng.

ấ Kh i đ ng h th ng , nh n nút n Start , đèn báo h th ng ho t đ ng đ

ả ể ệ ố ế ệ ố ẽ ạ ộ ướ

ạ ệ ả ế

ấ ằ ẽ ở ơ ộ i, đ ng c băng t ộ ả ỗ

ắ ả ế ả ơ ậ ạ ư ứ ệ

ệ ừ ư ứ ả ớ

i (4) đ a đá vào thùng cân v i m c 300kg. Van đi n t ợ ở ộ ề ể ộ

ư ỗ ư ượ

ở ộ ể ế ẩ ạ ị

ở ử ượ ừ ề c 100kg ximăng thì (6) d ng l

ờ ế ượ ư ộ ấ ở ộ ượ c ậ ộ ươ ng trình s ki m tra thùng tr n (9) b ng c m bi n g n d b t. Ch i đáy thùng ệ ế ộ ộ tr n, n u còn nguyên li u trong thùng tr n, s m van (13) x h t nhiên li u trong ở ộ ộ i (3) kh i đ ng. Còn thùng tr n ra, sau khi x h t van (13) đóng l ợ ộ ườ i (3) tr ng h p nh n nút Start mà thùng tr n 9 r ng ,đ ng c v n hành băng t ừ ở ộ ượ c kh i đ ng đ a nguyên li u cát vào thùng cân (7), đ t m c 200Kg thì d ng đ ạ (11) i, kh i đ ng băng t l ộ ở ượ c đi u khi n m thùng cân cát đá đ a h n h p cát đá vào thùng tr n (9) và ru t đ ế ứ c kh i đ ng đ a ximăng vào thùng cân ximăng (8). Khi h t gà ch a ximăng (6) đ ợ ỗ h n h p cát đá van (11) đi u khi n xilanh đóng l i chu n b cho chu trình ti p theo. ạ ồ Khi cân đ i đ ng th i van (12) m c a thùng cân c đ a vào thùng tr n (9). Khi h t ximăng trong thùng (8), van ximăng, ximăng đ

ị ẩ ể ử

ộ ề ởỉ ộ ế ơ ơ ướ ộ

ư ơ ộ ướ c kh i đ ng đ a n ộ ờ c vào thùng tr n. Sau th i gian t2 đ ng c b m n

ộ ể ừ ề ộ

ế ữ ữ ộ

ế ề ể ộ

ẽ ệ ị ồ (12) đi u khi n xilanh đóng c a thùng cân (8) chu n b cho chu trình ti p theo đ ng ờ ộ ờ c (14) th i kh đ ng đ ng c tr n. Sau m t th i gian tr n t1, đ ng c b m n ở ộ ướ ơ ơ ộ ượ c đ ạ ộ ở ử ơ ộ ừ ng ng ho t đ ng . Sau t3, d ng đ ng c tr n, van (13) đi u khi n xilanh m c a ộ ư ả ữ thùng tr n đ a v a vào thùng v a chính (10). Khi h t v a trong thùng tr n , c m ử ệ ắ ở ướ i đáy thùng tr n (9) s phát hi n, van (13) đi u khi n đóng c a d bi n g n ẩ ộ thùng tr n chu n b cho chu trình làm vi c sau.

ệ ố ừ b. D ng h th ng

ệ ố ạ ộ ệ ố ừ ẽ

ạ ộ ở ch đ

ệ ố

ớ ắ

ạ ệ ố ấ ạ ở ộ ẽ ắ ấ Khi h th ng đang ho t đ ng nh n nút d ng Stop , thì h th ng s hoàn thành ế ộ ớ ừ ệ ồ ộ ế h t m t chu trình làm vi c r i m i d ng . Đèn báo h th ng ho t đ ng ộ ệ ớ ỳ ớ ắ ớ ẽ ừ i khi h th ng th c hi n song m t chu trình t v i chu k 1s , cho t d ng s ch p t ớ ế ừ ệ làm vi c thì m i k t thúc ch p t ng trình d ng đèn báo ể ở ộ t . Đ kh i đ ng l kh i đ ng s t ệ ố ự t và sáng luôn . Khi ch i h th ng thì nh n l ươ i nút Start .

ẩ ấ ừ c. D ng kh n c p

ự ộ ệ ố ề Khi v n hành 1 h th ng t

ầ ậ ầ ể ụ ự ố ự ố ư ắ

ự ộ đ ng nào vi c đ u tiên sau khi phát hi n có s c là d ng h

ệ ẩ ệ ố ẽ ừ ạ ệ ầ ạ ấ i. Nh n nút d ng kh n c p , h th ng s d ng l

ừ ở ộ ỏ đ ng thì s c là đi u không th tránh kh i, chúng ố ớ ấ ả ta c n ta c n ph i tìm ra nguyên nhân cũng nh cách kh c ph c s c . Đ i v i b t ừ ự ố ứ ộ ệ ố ệ c m t h th ng t ở ộ ể ấ ố i ngay. Đ kh i đ ng th ng đó l ấ ạ ệ ố l i h th ng , nh n nút kh i đ ng Start.

ư ồ

ậ

1.2 L u đ thu t toán

ậ ệ ố ự ộ ượ ể ộ L u đ thu t toán c a h th ng đi u khi n tr n bê tông t đ ng đ

ư ồ ư ồ ọ

ủ ạ ộ ể ề ầ

ử ạ ộ ệ ấ ẽ ờ

ủ ề c chia ự ạ làm 3 l u đ . Vì PLC ho t đ ng theo chu trinh quét : Đ c tr ng thái ngõ vào Th c ươ ề hi n theo logic đi u khi n trong ch ng trình – x lý các yêu c u truy n thông – ươ ồ ồ ư ệ xu t tín hi u ra các ngõ ra . Nên 3 l u đ này s ho t đ ng đ ng th i trong ch ng trình c a PLC S7200.

ư ồ ở ộ ậ ươ + L u đ thu t toán kh i đ ng ch ng trình.

ư ồ ị ọ ậ ọ ượ ừ ả ế + L u đ thu t toán đ c giá tr tr ng l ng t c m bi n Loadcell.

ư ồ ừ ươ ậ + L u đ thu t toán d ng ch ng trình

ư ồ ở ộ ậ ươ a. L u đ thu t toán kh i đ ng ch ng trình

ư ồ ọ ậ b. L u đ thu t toán đ c analog .

ư ồ ệ ố ừ ậ c. L u đ thu t toán d ng h th ng.

Ệ Ố

Ọ

Ế

Ị

CHƯƠNG II. TÍNH CH N THI T B CHO H TH NG

ọ

ả

ượ

ế 2.1 C m bi n tr ng l

ng Loadceel

ế ự ả Hình 2: Loadcell C m bi n l c H8C – Zemic

ầ ề ọ

ế ị ệ ế ự ọ ả ỹ ậ Theo yêu c u đ tài và yêu c u k thu t, nhóm quy t đ nh ch n Loadcell C m ủ ượ ng c a nguyên li u trong các thùng cân . Sau

ể ố ủ ả ộ ố ầ bi n l c H8C – Zemic đ đo tr ng l ế đây là m t s thông s c a c m bi n Loadcell.

ạ ả ọ ấ ấ ấ + Loadcell d ng thanh H8C có các t i tr ng: 500kg, 1 t n, 1.5 t n, 2 t n, 2.5

ấ ấ ấ ấ t n, 3 t n, 5 t n, 10 t n.

ẩ ạ ộ + Đ chính xác cao, đ t tiêu chu n OIML R60 C3.

ằ ố ướ ố ợ ớ ợ + C u t o b ng h p kim thép, ch ng n c, ch ng ăn mòn, thích h p v i các

ấ ạ ườ ạ ng. lo i môi tr

ệ ử ễ ắ ặ ả ọ ặ + D dàng l p đ t cho cân sàn đi n t ễ , cân ph u, cân có t i tr ng n ng….

ố ổ ả + Loadcell H8C có kh năng ch ng cháy n .

ậ ố ỹ Thông s k thu t:

ế ệ ổ + Đi n áp bi n đ i : (2 ± 0.002 ) mV/V.

ố ặ ạ + Sai s l p l i : (≤ ± 0.01) %R.O.

ộ ễ ấ + Đ tr : ≤ ± 0.02 ( ≤ ± 0.03 cho 30 t n) %R.O.

ế ấ ố + Sai s tuy n tính: ( ≤ ± 0.02 (≤ ± 0.03 cho 30 t n) %R.O.

ả + Quá t i (30 phút) : ( ≤ ± 0.02 ) %R.O.

ằ ạ ể + Cân b ng t ″ i đi m : (“0 ≤ ± 1) %R.O.

ệ + Bù nhi t : ( 10 ~ +40) °C.

ệ ộ ệ + Nhi t đ làm vi c: (20 ~ +60) °C.

ệ ộ ế ệ ộ + Nhi t đ tác đ ng đ n tín hi u ra: (≤ ± 0.002 )%R.O/°C.

ệ ộ ộ ổ ″ + Nhi ể t đ tác đ ng làm thay đ i đi m “0 : (≤ ± 0.002 ) %R.O/°C.

ở ầ ệ + Đi n tr đ u vào : (381 ± 4) .Ω

ở ầ ệ + Đi n tr đ u ra : (350 ± 1) .Ω

ệ ệ ở ở + Đi n tr cách đi n: ≥ 5000 ( 50VDC) M .Ω

ệ + Đi n áp kích thích: 6 ~ 15 (DC/AC) V.

ệ ố + Đi n áp kích thích t i đa : 20 (DC/AC) V.

ả +Quá t i an toàn: 150 %.

ả ủ + Quá t i phá h y hoàn toàn: 300%.

ủ ẩ + Tuân th theo tiêu chu n: IP67.

ệ ề ấ ấ + Chi u dài dây tín hi u: 4m cho 0.53 t n , 6m cho 5, 10 t n, 9.5m cho 20, 30

t n.ấ

ắ ắ ỏ + Màu s c dây : Đ , Đen , Xanh , Tr ng.

ươ ượ ả + Ph ứ ị ng th c đ nh l ng : c m bi n l c ế ự (load cell).

ả

ạ

ế ồ 2.2 C m bi n h ng ngo i

ả ử ụ ệ ộ

ế ệ

ế ẽ ộ ứ ạ ể ồ ế S d ng modul c m bi n h ng ngo i đ phát hi n trong thùng tr n (9) có ch a ả ắ ở ả ệ nguyên li u . C m bi n g n đáy thùng khi có nguyên li u trong thùng thì c m bi n s tác đ ng .

ế ạ ả ồ Hình 3 . Modul c m bi n h ng ngo i .

ố ủ ế ả Các thông s c a modul c m bi n :

ệ

ủ

ướ

c PCB : 58mm x44mm ệ

ả ễ ề ậ ả ề ể ỉ ạ ộ + Đi n áp ho t đ ng 12V ạ ộ + Dòng đi n ho t đ ng 28mA ể ế +Dòng đóng ti p đi m c a role 70mA +Kích th +Kho ng cách phát hi n v t c n : <30cm ượ +Tr đi u khi n 040s và đi u ch nh đ c.

ở ộ

ọ

2.3 Tính ch n PLC và Modul m r ng

ọ a. Tính ch n PLC

ế ị ề ầ ọ

ệ ể ự Theo yêu c u đ tài, nhóm quy t đ nh ch n PLC S7200 CPU 224 đ th c ề hi n đ tài này.

Hình 4: PLC S7200 CPU 224

ậ ố ỹ Thông s k thu t:

ướ + Kích th c : 120.5 x 80 x 62.

ớ ươ ộ + B nh ch ng trình: 8192 bytes.

ớ ữ ệ ộ + B nh d li u: 8192 bytes.

ư ữ ệ ờ + Th i gian l u d li u 100 gi ờ .

ố + Ngõ vào ra s :14 In/10 Out.

ươ ự + Ngõ vào ra t ng t : 2 In/1 Out.

ở ộ + Module m r ng :7.

ố ộ ộ ế + B đ m t c đ cao : 30kHz cho 1 pha 6, 20kHz cho 2 pha 4.

ố ộ ấ + Xu t xung t c đ cao: 2 x 20KHZ.

ề + Truy n thông : 1xRS485.

ố ượ ố + S l ng I/O t i đa : 128 in, 128 out.

ố ộ ự ệ ệ + T c đ th c thi l nh : 0.22 micro giây/l nh.

ở ộ ọ b. Tính ch n modul m r ng

Hình 5: Module EM235

ể ọ ượ c thi

ế ế ả ử ụ ượ ọ ừ ả Do PLC S7200, CPU224 không đ ế c m bi n tr ng l ệ t k có ngõ vào analog đ đ c đi n ở ộ ộ ng Loadcell, nên ph i s d ng thêm m t modul m r ng

áp t analog modul EM235.

ậ ủ ố ỹ ư Thông s k thu t c a modul EM235 nh sau:

ươ ự ươ ự + 4 ngõ vào t ng t +/10VCD, 1 ngõ ra t ng t +/10V 12 Bit

ế ế ế ầ ở

ả ầ ế ế ế ế

+ D i đ u vào/tr kháng đ u vào: 0 đ n 50 mV; 0 đ n 100 mV; 0 đ n 500 mV; 0 đ n 1V 0 đ n 5 V; 0 đ n 10 V; 0 đ n 20 mA; +/ 25 mV; +/ 50 mV;+/ 100 mV; +/ 200 mV; +/ 500 mV; +/ 1 V; +/ 2.5 V; +/5 V; +/ 10V

ổ ươ ế ờ ự + Th i gian bi n đ i t ng t ố sang s : <250us

ươ ự ố ầ + S đ u ra t ng t : 1

ả ầ ế ế + D i đ u ra: Dòng: 0 đ n 20 mA. Áp : 10 đ n +10 V

ộ ả ầ ầ + Đ phân gi i: Đ u ra áp: 12 bit. Đ u ra dòng: 11 bit

ị ế ự ế ệ ệ ổ ơ ự + D i giá tr bi n đ i: Tín hi u đ n c c: 0 đ n 32 000. Tín hi u hai c c:

ả ế 32000 đ n + 32000

+ Công su t: 2Wấ

Ị

CHƯƠNG III. XÁC Đ NH VÀ PHÂN CÔNG I/O

ở ộ ả B ng phân công I/O, PLC s7200 CPU224 và modul m r ng EM235

ị ỉ Đ a ch Ký hi uệ Chú thích

ấ ườ Nút b m Start , th ở ng h (NC) I0.0

ấ ườ Nút b m Stop , th ở ng h (NO) I0.1

ế ả ượ ộ C m bi n báo dung l ng thùng tr n 9(NC) I0.2

ẩ ấ ấ ườ Nút b m Stop kh n c p , th ở ng h (NO) I0.3

ộ ả ơ Đ ng c băng t i 3 Q0.0

ộ ả ơ Đ ng c băng t i 4 Q0.1

ộ ả ơ Đ ng c băng t i 6 Q0.2

Van 11 Q0.3

Van 12 Q0.4

Van 13 Q0.5

ộ ơ ơ Đ ng c máy b m n ướ c Q0.6

ộ ộ ơ Đ ng c máy tr n Q0.7

ệ ố ạ ộ Đèn báo h th ng đang ho t đ ng Q1.0

ừ ệ ố Đèn báo h th ng d ng Q1.1

ả ọ ượ ng thùng 7 ( ngõ vào A+ , A

ế C m bi n tr ng l EM235)

ả ọ ượ ế C m bi n tr ng l ng thùng 8( ngõ vào EM235) B+, B

Ế Ạ

Ệ

CHƯƠNG IV. THI T K M CH ĐI N Ế

ế ế ơ ồ ạ

4.1 Thi

ự t k s đ m ch l c

ộ ơ ả H th ng tr n bê tông s d ng các đ ng c 3 pha và 1 pha cho băng t i , máy

ơ ộ ướ ụ ể ư ộ ệ ố tr n ,và máy b m n ử ụ c , c th nh sau:

ộ ử ụ ộ ơ ộ ơ ồ ả ộ i 3 , 4, 6 và đ ng c máy tr n s d ng đ ng c không đ ng b 3

ồ + Băng t pha rotor l ng sóc.

10A

50A

KM0

KM2

KM7

KM1

KM6

PS307

L+

24V

Q 9

24V

/3.1 /2.1

L1 L2 L3 N

Design

Draw

Check

Part

Page :01

TỰ ĐỘNG HÓA B -K57

LICH

Name

LICH

ộ ơ ơ ướ ơ ệ ử ụ + Đ ng c máy b m n ộ c M5 s d ng đ ng c đi n 1 pha.

POWERS & MOTORS

Hanoi University of Mining and Geology

Sign

Version 1.0

Date

ế ế ơ ồ ạ

ề

ể

4.2 Thi

t k s đ m ch đi u khi n

ế ố ớ ạ a. M ch k t n i Loadcell v i modul EM235

ẽ ệ ệ ậ ọ

Loadcell s chuy n hóa tín hi u v t lý (tr ng l ỏ ệ ượ ệ ể ấ ể ế ạ

ạ ờ ộ

+24V

/1.2

0V /1.3

/3.7

LOAD CELL 1

SW6 ON

D-

10 - 0

-SIG +SIG

SW5

OFF

1 1

D+

OFF

0 1

SW4

-EXC +EXC

+10V

023 - S 3 -

SW3

OFF

C-

SW2

Configuaration

C+

LOAD CELL 2

SW1

OFF

Dải đầu vào chọn từ

B-

-SIG

B+

ượ ủ ề ể ả ệ ướ Tín hi u đi n áp này r t nh ta có th khu ch đ i đi n áp này tr ặ ế ể ọ EM235 đ đ c analog, nh vào b khu ch đ i TW35023 , ho c không c n s ọ ấ ụ d ng cũng đ ệ ng) sang tín hi u đi n áp . ư c khi đ a vào ử ầ ấ c vì d i do c a EM235 có r t nhi u các n c đ ta ch n.