Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ điều khiển trạm trộn bê tông trên cơ sở ứng dụng công nghệ nhúng

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP





BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
MÃ SỐ : 140.11 RD/HĐ-KHCN


Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ ĐIỀU KHIỂN TRẠM
TRỘN BÊ TÔNG TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHÚNG














Hà nội, tháng 11/2011
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Ths. NGUYỄN HOÀI ANH

CƠ QUAN CHỦ TRÌ







TS. NGUYỄN ĐỨC MINH

9068

2
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

STT Họ và tên Học vị, học hàm,
chuyên môn
Cơ quan
1 Nguyễn Hoài Anh Thạc sỹ kỹ thuật
Chủ nhiệm đề tài
Viện máy và DCCN
2 Lê Hoàng Hải Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN

3 Nguyễn Trung Kiên Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
4 Nguyễn Hữu Vĩnh Kỹ sư tin học Viện máy và DCCN
5 Nguyễn Văn Thoại Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
6 Nguyễn Trí Đồng Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
7 Đào Nhật Minh Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
8 Dương Văn Nghĩa Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
9 Nguyễn Chí Cường Thạc sỹ tin học Viện máy và DCCN
















3
BÁO CÁO TÓM TẮT TÌNH HÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ NĂM 2011

1. Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ điều khiển trạm trộn bê tông trên
cơ sở ứng dụng công nghệ nhúng “
2. Chủ nhiệm đề tài: Ths Nguyễn Hoài Anh

3. Thời gian thực hiện đề tài: từ 01/01/2011 đến 31/12/2011
4. Nội dung và kết quả đạt
được:
Sau thời gian nghiên cứu và triển khai thực hiện đề tài nhóm nghiên cứu đã
thực hiện được các công việc sau:
¾ Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển và động lực cho trạm trộn bê tông trên
cơ sở hệ thống điều khiển nhúng phù hợp với điều kiện Việt Nam.
¾ Xây dựng phần mềm điều khiển nhúng cho trạm tr
ộn bê tông tự động phù
hợp với điều kiện Việt Nam đạt tiêu chuẩn Quốc tế trên cơ sở thiết bị phần
cứng đã lựa chọn.
¾ Xây dựng qui trình chế tạo và lắp ráp hệ thống điều khiển bao gồm phần
cứng, phần mềm và thiết bị động lực phù hợp với điều kiện Việt Nam.
¾ Thi
ết kế, chế tạo 01 hệ thống điều khiển cho trạm trộn bê tông tự động trên
cơ sở điều khiển nhúng tương đương sản phẩm cùng loại hiện đại nhất hiện
nay đủ điều kiện xuất khẩu sản phẩm này ra thị trường thế giới.
¾ Thử nghiệm hệ thống điều khiển trong điều ki
ện hoạt động thực tế.
5. Tài chính:
Toàn bộ kinh phí thực hiện của đề tài đã sử dụng hết và đúng mục đích theo
qui định của Nhà Nước
6. Kết luận và kiến nghị:
Nhóm đề tài đã thực hiện đầy đủ nội dung đăng ký cho giai đoạn 2 của đề tài
là thiết kế hệ thống điều khiển nhúng cho trạm trộn bê tông. Đ
ây là đề tài có tính
thực tiễn cao, đã thiết kế được một bộ hồ sơ hoàn chỉnh và chế tạo được 01 hệ
thống điều khiển trạm trộn bê tông tự động trên cơ sở điều khiển nhúng với nhiều

4

tính năng hiện đại. Hệ thống điều khiển đã được chạy thử, kiểm tra các tính năng
hoạt động với kết quả khả quan, đáp ứng được các yêu cầu của một hệ thống điều
khiển trạm trộn bê tông tự động hiện đại.
Việc ứng dụng điều khiển nhúng cho các thiết bị cơ - điện tử
là công nghệ rất
mới ở nước ta, các nghiên cứu trên đây mới chỉ là những ứng dụng thực tế ban
đầu đặt nền móng cho những nghiên cứu khác vì vậy nhóm đề tài rất mong được
sự ủng hộ của các ngành để có được những ứng dụng sâu hơn ở những nghiên
cứu tiếp theo.

Nhóm thực hiện đề tài đã thực hiện đầy đủ các nội dung giai đoạ
n 2 của đề tài đã
đăng ký ban đầu. Kính đề nghị các cấp xem xét cho phép đề tài được nghiệm thu.

Hà nội, ngày tháng 11 năm 2011
Chủ nhiệm đề tài




Ths. Nguyễn Hoài Anh

5
MỤC LỤC
Hạng mục Trang

Lời mở đầu 7
CHƯƠNG I
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐÃ THỰC HIỆN TRONG GIAI ĐOẠN I 9
1.1. Cơ sở xuất phát của đề tài 9
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 9
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng của hệ điều khiển nhúng trên thế giới 10
1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng của hệ điều khiển nhúng trong nước 11
1.5. Khảo sát các hệ thống điều khiển ứng dụng trong trạm trộn bê tông hiện đang sử dụng
trong nước và trên thế giới 12

1.6. Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông dùng bộ điều khiển nhúng 12
CHƯƠNG 2
BÁO CÁO GIAI ĐOẠN 2 16
2.1. LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN: TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
DỰ LẠNH 120 m3/h 16

2.1.1. Lý do lựa chọn đối tượng 16
2.1.2. Cấu hình trạm hiện tại 19
2.1.3. Cấu hình điều khiển nhúng 19
2.2 THIẾT KẾ VÀ QUI TRÌNH CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TRẠM TRỘN BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ NHÚNG 20

2.2.1. Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển và động lực cho trạm trộn bê tông trên cơ sở hệ

thống điều khiển nhúng phù hợp với điều kiện Việt Nam. 20

2.2.2. Công nghệ chế tạo tủ điện động lực và điều khiển 23
2.2.3. Thiết kế sơ đồ lắp ráp mạch tủ điện 24
2.2.4. Qui trình công nghệ thi công tủ điện 25
2.2.5. Qui trình công nghệ thử nghiệm tủ điện 26
2.3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO
TRẠM TRỘN BÊ TÔNG DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN NHÚNG 33

2.3.1 Lựa chọn phần mềm cơ sở 33
2.3.2 Xây dựng các bài toán và phần mềm điều khiển nhúng 44
2.3.3 Xây dựng chương trình phần mềm thu thập dữ liệu, quản lý sản xuất 64
2.4. LẮP ĐẶT TỔNG THỂ TOÀN BỘ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TỰ ĐỘNG 120 m3/h.
73

6
2.5. KẾT QUẢ 73

CHƯƠNG 3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
PHỤ LỤC I 78
PHỤ LỤC II 78
PHỤ LỤC III 78


7
Lời mở đầu

Đất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển, hàng loạt các công trình xây dựng

đang liên tục mọc lên, rất nhiều các khu chung cư mới, các văn phòng làm việc
liên tục được xây dựng đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội. Trước nhu cầu rất
lớn của việc xây dựng cơ sở hạ tầng nêu trên đòi hỏi rất nhiều các thiết bị thi công
cho các công trình xây dựng trong đ
ó có trạm trộn bê tông là thiết bị cơ bản trong
việc thi công các công trình xây dựng.
Thiết bị trạm trộn bê tông được nghiên cứu tại các nước công nghiệp phát triển
từ rất lâu và tạo ra rất nhiều các hãng sản xuất trạm trộn bê tông nổi tiếng trên thế
giới như: Kabag, Steter, Libherr, Các hãng này liên tục nghiên cứu và ứng
dụng nhiều công nghệ mới để nâng cao chất lượng cho các sản phẩm của mình.
Một trong nhữ
ng yếu tố cơ bản để nâng cao chất lượng của trạm trộn bê tông là
ứng dụng các công nghệ mới nâng cao chất lượng của hệ thống điều khiển. Các
công nghệ điều khiển mới như: điều khiển số, điều khiển dựa trên máy tính công
nghiệp, điều khiển sử dụng vi xử lý, liên tục được ứng dụng cho hệ thống
điều
khiển trạm trộn bê tông, gần đây công nghệ điều khiển nhúng đã bắt đầu ứng dụng
cho các trạm trộn bê tông của các hãng nổi tiếng.
Trong nước ta do nhu cầu xây dựng rất lớn do vậy đã hình thành một số cơ sở
sản xuất trạm trộn bê tông, chất lượng các sản phấm trạm trộn bê tông sản xuất
trong nước đã cạnh tranh với các s
ản phẩm nhập ngoại từ các hãng nổi tiếng của
các nước công nghiệp phát triển. Hiện nay các sản phẩm trạm trộn bê tông sản
xuất trong nước đã chiếm đến 95% thị phần trong nước và một số đã xuất khẩu ra
thị trường thế giới, các đơn vị lớn sản xuất trong lĩnh vực này phải kế đến là: viện
máy và dụng cụ công nghiệp, công ty CP tậ
p đoàn xây dựng và thiết bị công
nghiệp (CIE), viện nghiên cứu điện tử, tin học, tự động hóa (VIELINA), Hiện
nay chất lượng các trạm trộn bê tông của các đơn vị này cần nâng cao để nâng cao
chất lượng sản phẩm bê tông xi măng bình thường và cung cấp các bê tông đặc

biệt như: bê tông lạnh, bê tông đầm lăn, bê tông khối lớn, ngoài ra nhiều công
trình lớn cần thiết bị trạm trộn bê tông rất lớn như
: công trình thủy điện Đồng Nai
4 sử dụng trạm trộn bê tông 360 m3/h, công trình thủy điện Bản Chát sử dụng

8
trạm trộn bê tông đến 500 m3/h, Do vậy trong quá trình sản xuất các trạm trộn
bê tông trong nước đang rất cần sự đầu tư nghiên cứu để nâng cấp sản phẩm hiện
tại đáp ứng nhu cầu thực tế.
Trước nhu cầu cấp bách trên việc nghiên cứu thành công đề tài: “Nghiên cứu
thiết kế, chế tạo hệ điều khiển trạm trộn bê tông trên cơ sở ứng dụ
ng công nghệ
nhúng“ có một ý nghĩa rất lớn đáp ứng yêu cầu cấp bách của sản xuất trong nước
và là bước đi đầu tiên đặt nền móng cho các nghiên cứu ứng dụng của điều khiển
nhúng cho các thiết bị cơ-điện tử công nghệ cao khác.
Do thời gian có hạn nên đề tài không tránh khỏi những sai sót, nhóm đề tài rất
mong được sự đóng góp của các cấp và các đồng nghiệp để
đề tài hoàn thiện hơn.
Thay mặt nhóm đề tài chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ của các ngành,
các cấp đặc biệt là Bộ Công Thương, Viện máy và dụng cụ Công nghiệp và các
đồng nghiệp đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài này.

9
CHƯƠNG I
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐÃ THỰC HIỆN TRONG GIAI ĐOẠN I

1.1. Cơ sở xuất phát của đề tài
• Ngày nay các yêu cầu của sản xuất ngày càng cao và mẫu mã liên tục thay
đổi để phù hợp với khách hàng do vậy thiết bị sản xuất đặc biệt là hệ thống
điều khiển phải rất linh hoạt.
• Trong thời gian gần đây các hãng sản xuất thiết bị
điều khiển lớn trên thế
giới như: Siemens, Hitachi, đã đầu tư rất nhiều vào nghiên cứu điều khiển
nhúng và đã ứng dụng giải quyết rất nhiều các bài toán tự động hóa trong
thực tế. Trong thời gian tới rất nhiều hệ thống điều khiển cho thiết bị sẽ sử
dụng điều khiển nhúng.
• Sau thời gian sản xuấ
t các trạm trộn bê tông, viện IMI đã chế tạo được một
số trạm bê tông năng suất lớn và bê tông đặc biệt như: bê tông lạnh, bê tông
đầm lăn, Những bộ điều khiển trước đây như: bộ điều khiển chuyên dụng
(vi xử lý), PC base, PLC, đã xuất hiện các hạn chế vì vậy cần những bộ
điều khiển mới khắc phục những nh
ược điểm này
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

• Ứng dụng các công nghệ điều khiển tiên tiến và hiện đại nhất hiện nay để
tạo ra các sản phẩm cơ - điện tử công nghệ cao ngang tầm với các nước
công nghiệp phát triển. Cụ thể là nghiên cứu chế tạo 01 hệ điều khiển trạm
trộn bê tông trên cơ sở ứng dụ
ng công nghệ nhúng.
• Tạo tiền đề cho việc xây dựng các hệ thống điều khiển cho các sản phẩm cơ
- điện tử công nghệ cao khác ứng dụng công nghệ điều khiển nhúng – một
công nghệ điều khiển mới được ứng dụng mạnh mẽ trên thế giới trong
tương lai.

10
• Các hệ nhúng là những hệ kết hợp phần cứng và phần mềm một cách tối ưu,
nó thường hoạt động trong chế độ thời gian thực, bị hạn chế về bộ nhớ
nhưng chúng hoạt động tin cậy và tiêu tốn ít năng lượng. Các hệ nhúng rất
đa dạng và có nhiều kích cỡ, khả năng tính toán khác nhau. Ngoài ra các hệ
nhúng thuờng phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệ
t có độ nóng ẩm,
rung xóc cao.
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng của hệ điều khiển nhúng trên thế
giới
• Trong thời gian gần đây do yêu cầu ngày càng cao của thực tế các bài toán
điều khiển, tự động hóa ngày càng lớn và phức tạp vì vậy các hệ thống điều
khiển cũ bắt đầu xuất hiện các hạn chế, Do đó các hãng tự động hóa lớn trên
thế gi
ới đầu tư nghiên cứu và đưa ra hệ thống điều khiển mới gọi là “điều
khiển nhúng” .
• Với sự phát triển của công nghệ thông tin và điện tử, hệ thống nhúng trong
công nghiệp với thuật ngữ “Embedded Automation”. Hệ thống điều khiển
nhúng của hãng SIEMENS – CHLB Đức là ví dụ cho điều khiển nhúng ứng
dụng trong công nghiệp. Theo hang SIEMENS hệ thống điều khi

ển nhúng
là hệ thống điều khiển mở như PC-Based và ổn định như PLC tiêu chuẩn,
và được SIEMENS phát triển và đưa ra thị trường vào năm 2008. Bộ điều
khiển mới này là bộ điều khiển “modular Embedded Controller” viết tắt là
(S7-mEC). Đây là bộ điều khiển dựa trên thiết kế của bộ PLC nổi tiếng S7-
300 với công nghệ nhúng trên PC. Được định nghĩa là bộ “Embedded
Controller” hay t
ạm dịch là bộ điều khiển nhúng. Bộ điều khiển này kết hợp
được ưu điểm nổi trội của PLC S7-300 và PC trên cùng một thiết bị. Đây là
một trong những sản phẩm nằm trong dòng sản phẩm SIMATIC Embedded
Automation. Ngoài ra trong các dòng sản phẩm này còn có các sản phẩm
SIMATIC Microbox, SIMATIC Panel PC, SIMATIC Multi Panel.

11

Hình1. Một vài ứng dụng của bộ điều khiển nhúng
1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng của hệ điều khiển nhúng trong
nước
• Các cơ sở, các viện nghiên cứu trong nước đang đầu tư mạnh mẽ để ứng
dụng các kỹ thuật mới nhằm tạo ra sức cạnh tranh với các thiết bị nhập
ngoại. Đặc biệt hệ th
ống điều khiển nhúng đang rất được đầu tư nghiên cứu
ứng dụng cho các sản phẩm của mình do hệ điều khiển này có nhiều ưu
điểm.
• Các nghiên cứu về điều khiển nhúng trong nước đã bước đầu có những
công trình đưa vào ứng dụng thực tế và đạt được các kết quả nhất định như:
Viện công nghệ thông tin xây dựng “h
ệ thống đo và điều khiển nhúng trên
cơ sở mạng Ethernet và giao thức TCP/IP”, Hệ thống cảnh báo đường
ngang và cảnh báo vượt tốc tàu hỏa ứng dụng cho ngành đường sắt của

công ty cổ phần CadPro, gia công phần mềm nhúng cho các hãng lớn
của nước ngoài như: Hitachi, Mitsubishi,

12
• Các bài toán ứng dụng hệ điều khiển nhúng chủ yếu là các bài toán nhỏ và
các ứng dụng đơn giản. Trong xu thế hội nhập hiện nay nhu cầu xây dựng
các hệ thống điều khiển đặc biệt là điều khiển nhúng cho các dây chuyền và
thiết bị lớn, phức tạp trong nước rất lớn nhằm chủ động sản xuất và làm chủ
công nghệ trong sản xuất c
ủa mình.
1.5. Khảo sát các hệ thống điều khiển ứng dụng trong trạm trộn bê tông
hiện đang sử dụng trong nước và trên thế giới
a) Hệ thống điều khiển của hãng Advanced Control Systems Inc (ACS) –
CHLB Đức: Xin xem ở báo cáo giai đoạn I
b) Hệ thống điều khiển của hãng ELBA - CHLB Đức: Xin xem ở báo cáo giai
đoạn I
c) Hệ thống điều khiển c
ủa hãng Bikotronic GmbH – CHLB Đức: Xin xem ở
báo cáo giai đoạn I
d) Hệ thống điều khiển của Viện IMI: Xin xem ở báo cáo giai đoạn I

1.6. Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông dùng bộ điều khiển
nhúng
a) Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển bao gồm:
• Điều khiển hệ thống cân: cân cốt liệ
u, cân xi măng, cân nước,…
• Điều khiển hệ thống chuyển cốt liệu lên cối trộn: băng tải, skip
• Điều khiển hệ thống cửa xả: xả xi măng, xả nước, xả bê tông, xả phụ gia,…
Với việc thực hiện các mô hình và hệ thống điều khiển trên xác định được đầu
vào ra của bộ điều khiển như sau:

•
Đầu vào Analog: 08
• Đầu vào số: 32
• Đầu ra số: 32

13
b) Tính toán, thiết kế thiết bị phần cứng của hệ thống điều khiển trạm trộn bê
tông:
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhúng cho trạm trộn:
MÁY IN
BỘ ĐIỀU KHIỂN NHÚNG
Cảmbiến
khốilượng
cho các cân
(loadcell)
Bộ khuyếch
đạitínhiệu
Cảmbiếnvị
trí, công tắc,
cảmbiếnhạn
chế vị trí,…
Bộ xử lý nhúng
trung tâm
Mô đun vào ra,
thu thậptín
hiệutạichỗ
Hiểnthị cân
MÀN HÌNH THAO TÁC
VÀ VẬN HÀNH
Rơle trung gian

Thiếtbịđiện
động lực
(Khởi động
từ, aptomat, )
Cơ cấuchấp
hành (động
cơ, van điện
khí,…)
Mô đun vào ra,
thu thậptínhiệu
tạichỗ
(Cụmthiếtbị
lạnh)
Rơ le trung
gian, thiếtbị
điện động lực
(Khởi động
từ, aptomat, )
Cơ cấuchấp
hành (động
cơ, van điện
khí,…)
MÁY IN
BỘ ĐIỀU KHIỂN NHÚNGBỘ ĐIỀU KHIỂN NHÚNG
Cảmbiến
khốilượng
cho các cân
(loadcell)
Bộ khuyếch
đạitínhiệu

Cảmbiếnvị
trí, công tắc,
cảmbiếnhạn
chế vị trí,…
Bộ xử lý nhúng
trung tâm
Mô đun vào ra,
thu thậptín
hiệutạichỗ
Hiểnthị cân
MÀN HÌNH THAO TÁC
VÀ VẬN HÀNH
Rơle trung gian
Thiếtbịđiện
động lực
(Khởi động
từ, aptomat, )
Cơ cấuchấp
hành (động
cơ, van điện
khí,…)
Mô đun vào ra,
thu thậptínhiệu
tạichỗ
(Cụmthiếtbị
lạnh)
Rơ le trung
gian, thiếtbị
điện động lực
(Khởi động

từ, aptomat, )
Cơ cấuchấp
hành (động
cơ, van điện
khí,…)

Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống nhúng cho trạm trộn
Yêu cầu đối với bộ điều khiển nhúng:
• Tín hiệu vào số: 32 tín hiệu
• Tín hiệu vào analog: 08 đầu vào analog
• Tín hiệu ra số: 32 tín hiệu
• Bộ vi xử lý trung tâm cài đặt các phần mềm nhúng chuyên dụng và phần
mềm quản lý cơ bản nhằm phục vụ công tác lưu trữ và quản lý dữ liệu trong
quá trình vận hành.
• Có khả năng mở rộng thêm các môđun vào-ra (tín hiệu vào, tín hiệu ra số
hoặc analog) để sử dụng cho các trạm trộn bê tông đặc biệt như: bê tông
đầm lăn, bê tông lạnh,

14
• Có khả năng mở rộng cho các môđun đặc biệt như: môđun nhiệt độ, để
đáp ứng yêu cầu của những trạm đặc biệt.
Qua quá trình nghiên cứu và phân tích thực tế nhóm đề tài chọn bộ điều khiển
nhúng của hãng Siemens – CHLB Đức là phù hợp với trạm trộn bê tông sản xuất
trong nước hiện nay.
Bộ điều khiển nhúng của hãng Siemens – CHLB Đức bao gồm:
•
01 bộ CPU nhúng IPC427C BUNDLE:

Hình 3. Bộ điều khiển nhúng
- Bộ xử lý trung tâm CELERON M 1.2 GHz Core2 Duo, 800 MHz FSB
- 01 cổng Profibus DP, 02 cổng IE 1.0 Gbit, 01 cổng màn hình DVI-I
- Ram 1.0 GBYTE DDR3 1066, Đĩa Compact Flash 4.0 GB
- Giao diện I/O qua mạng Ethernet công nghiệp hoặc Profibus
• 01 bộ thu thập tín hiệu ET200M
• Các môđun DI, DO và Analog (bao gồm các môđun chủ và tớ) để thu thập
và cung cấp tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành
• 01 card giao tiếp mạng công nghiệ
p Profibus

15
• 01 màn hình thao tác cho vận hành LCD touchscreen

16
CHƯƠNG 2
BÁO CÁO GIAI ĐOẠN 2

2.1. LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN: TRẠM
TRỘN BÊ TÔNG DỰ LẠNH 120 m3/h
2.1.1. Lý do lựa chọn đối tượng
Bộ điều khiển nhúng là thế hệ điều khiển tiên tiến có khả năng đáp ứng tốt với
các đối tượng điều khiển tương đối phức tạp với khả
năng ghép nối các mô đun
phân tán. Nhóm đề tài đã chọn đối tượng điều khiển là hệ thống trạm trộn bê tông
dự lạnh 120m3/h bao gồm:

¾ Hệ thống trạm trộn 120m3/h.

Hình 4. Bản vẽ tổng thể trạm trộn bê tông năng suất 120 m3/h
Trạm trộn bê tông lạnh 120 m3/h như trên bao gồm có 02 cân cốt liệu, mỗi
cân gồm 04 thành phần được định lượng theo nguyên tắc cộng dồn từng thành
phần. Sau khi cân xong băng tải cân sẽ chuyển cốt liệu đã định lượng vào băng tải
xiên rồi chuyển lên phễu cốt liệu trung gian. Cân xi, cân nước, cân tro bay, cân
phụ gia được định lượ
ng độc lập sau đó phối hợp cùng với cốt liệu ở phễu trung
gian để xả xuống cối trộn. Tại cối trộn các vật liệu được trộn với nhau sau một
khoảng thời gian trộn sẽ thành bê tông và xả ra.
¾ Hệ thống làm lạnh nước.

17
Hệ thống làm lạnh nước với thiết bị chính là Water Chiller đóng vai trò hết
sức quan trọng. Hệ thống này làm giảm nhiệt độ của nước từ nhiệt độ bình
thường (khoảng 20
o
C) xuống 5-7
o
C. Nước sau khi được hệ thống làm lạnh sẽ
được sử dụng để làm đá vẩy và trộn bê tông thay cho nước bình thường để làm
giảm nhiệt độ của hỗn hợp bê tông sau trộn.
Bộ điều khiển Chiler đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống làm lạnh ,
quyết định khả năng làm việc , tính hiệu quả của thiết bị . Nhóm đề tài sử dụng bộ
điề
u khiển nhúng để điều khiển hệ thống làm lạnh nước. Sơ đồ tổng quan bộ điều
khiển như sau:

Hình 5. Sơ đồ bộ điều khiển
Cảm biến : đo và kiểm soát thông số như : nhiệt độ , áp suất , lưu
lượng…truyền tín hiệu tới bộ điều khiển
Bộ điều khiển : Tiếp nhận thông tin đầu vào từ các cảm biến , xử lý thông
tin sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển đầu ra.

18
Cơ cấu chấp hành : Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển đưa tới cơ cấu chấp
hành như : Van , rơle , công tắc tơ
Màn hình (HMI) : Theo dõi chu trình hoạt động , cài đặt thông số vận hành.
Tiêu trí đặt ra đối với bộ điều khiển Chiler điều khiển chính xác chu trình , đảm
bảo độ tin cậy dễ vận hành sửa chữa. Với các tính năng:
Điều khiển công suất l
ạnh theo cấp hoặc liên tục.
Giao diện (HMI) người – máy thân thiện
Lựa chọn cài đặt các thông số linh hoạt
Hiệu chỉnh (Calib) các thông số đầu vào
Cảnh báo sự cố kịp thời , đảm bảo an toàn chu trình hoạt động
Kiểm soát chu trình liên tục ở các chế độ bằng tay hay tự động

¾ Hệ thống sản xuất đá mảnh.
Hệ thống sản xuất đá mảnh vớ
i thiết bị chính là máy nén, bơm, van, Hệ
thống tạo ra sản phẩm là đá lạnh với kích thước nhỏ để làm nguyên liệu
thay một phần nước trộn vào bê tông.


Hình 6. Hệ thống sản xuất đá mảnh

19

2.1.2. Cấu hình trạm hiện tại
Hiện nay các bộ điều khiển trạm trộn bê tông dự lạnh tại Việt Nam và trên thế
giới thường thấy bao gồm 03 bộ điều khiển độc lập, một số hãng thì 03 bộ điều
khiển đó có khả năng ghép nối truyền thông với nhau. Do đó để điều khiển đồng
bộ cả hệ thống s
ẽ gặp một số vấn đề về phối hợp hoạt động đồng bộ cả hệ thống.
2.1.3. Cấu hình điều khiển nhúng
Bộ điều khiển nhúng bao gồm 01 bộ CPU nhúng IPC427C BUNDLE kết nối
với các mô đun thu thập tín hiệu ET200M. Mỗi mô đun ET200M lại được gắn
cùng với các mô đun mở rộng như mô đun đầu vào số (Digital Input), mô đun đầu
ra số (Digital Output), mô
đun vào/ ra tương tự (Analog Input/ Output). Các tín
hiệu của hệ thống được bộ điều khiển nhúng IPC 427C thu nhận và điề khiển qua
các mô đun này.
Kết luận:
Hệ thống điều khiển nhúng với cấu hình như trên đã đáp ứng được yêu cầu về bài
toán điều khiển đồng bộ hệ thống trạm trộn bê tông dự lạnh 120m3/h. Hệ thống có
khả nă
ng điều khiển và giám sát hoàn toàn hệ thống từ điều khiển quá trình trạm
trộn, quá trình sản xuất nước lạnh đến quá trình sản xuất đá mảnh, đá vẩy.

20

2.2 THIẾT KẾ VÀ QUI TRÌNH CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ NHÚNG
2.2.1. Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển và động lực cho trạm trộn bê tông
trên cơ sở hệ thống điều khiển nhúng phù hợp với điều kiện Việt Nam.
a. Tính toán thiết kế bộ điều khi
ển.
Do môi trường làm việc của trạm trộn bê tông tương đối khắc nghiệt và hệ thống
trạm trộn này thường đặt tại những vùng xa trung tâm do vậy yêu cầu đầu tiên đối
với thiết bị điều khiển là hoạt động ổn định, tin cậy trong môi trường khắc nghiệt,
đơn giản trong vận hành và dễ dàng thay thế sửa chữa.
Qua quá trình nghiên cứu và phân tích thực tế nhóm đề tài chọn bộ
điều khiển
nhúng của hãng Siemens – CHLB Đức là phù hợp với trạm trộn bê tông sản xuất
trong nước hiện nay. Bộ điều khiển bao gồm:


Hình 7. Bộ điều khiển nhúng IPC 427C

21
1. 01 bộ CPU nhúng IPC427C BUNDLE chạy hệ điều hành Windows XP
Embeded với các phần mềm lập trình Step7, WinAC Rtx 4.6 với hiệu
năng mạnh mẽ hoạt động tốt khi nhiệt độ môi trường xung quanh lên
đến 55°C với cấu hình chi tiết như sau:
2. Bộ vi xử lý Intel Core 2 Duo
3. Bộ nhớ DDR3 với dung lượng 1GB
4. Cạc màn hình Graphics Media Accelerator GMAX4500

5. Ổ cứng 250Gb và thẻ CF thay thế cho ổ cứng truyền thống.
6. Tích hợp sẵn 04 cổng giao diện USB 2.0
7. 02 cổng kết nối Gigabit Ethernet có khả năng kết nối với các thiết bị
điều khiển theo chuẩn truyền thông công nghiệp.
8. Tích hợp sẵn cạc CP5611 có 01 cổng giao tiếp Profibus với các thiết bị
điều khiển, các module chức năng mở r
ộng như bộ thu thập tín hiệu
ET200M.
Hình 8. Bộ thu thập tín hiệu ET200M
9. 01 bộ thu thập tín hiệu ET200M cho phép mở rộng I/O với hệ thống
thông qua cổng truyền thông Profibus. Nhóm đề tài sử dụng ET200M
để kết nối IPC427 box với các loại module mở rộng sau:
- Modul đầu vào số ( Digital Input )

22
- Modul đầu ra số ( Digital Output )
- Modul vào/ra tương tự ( Analog In/Output )
b. Tính chọn thiết bị động lực.
Thiết bị điện động lực trong trạm trộn bê tông lạnh chủ yếu là các Aptomat,
Khởi động từ, Rơle trung gian, Sau khi nghiên cứu kỹ tính năng các thiết bị
nhóm đề tài đã quyết định lựa chọn các thiết bị sản xuất bởi các hãng của Hàn
quốc như LG, Hanyoung, Sungho,
Các công tắc tơ, áptômat được lựa ch
ọn để điều khiển hoặc bảo vệ các động
cơ phải có dòng làm việc tối thiểu bằng dòng định mức của động cơ trong đó
I
đc
= P
đm
/ 3 .U.cosϕ

Sau khi tính được dòng định mức của động cơ tra bảng thiết bị của hãng sản
xuất chọn được loại công tắc tơ có I ≥ I
đc
và rơ le nhiệt có dải điều chỉnh dòng
điện chứa dòng điện định mức này.
Đối với các động cơ điện khi khởi động trực tiếp từ lưới điện thì dòng điện
khởi động của các động cơ gấp từ 5 ÷ 7 lần I
đm
của động cơ như vậy đối với động
cơ lớn (khoảng ≥ 22 kW) dòng khởi động của động cơ rất lớn do vậy rất dễ gây ra
sụt áp khi khởi động.
Trạm trộn bê tông nhóm đề tài nghiên cứu gồm các động cơ lớn chủ yếu là
các thiết bị sau: động cơ băng tải, động cơ cối trộn, động cơ vít tải,
động cơ bơm
nước, đặc tuyến tải của các thiết bị này là mô men tỷ lệ thuận với tốc độ.
Để giảm dòng điện khởi động cho các động cơ lớn trong trạm trộn bê tông
nhóm đề tài sử dụng phương pháp khởi động đổi nối sao/tam giác (Y/∆).









23

2.2.2. Công nghệ chế tạo tủ điện động lực và điều khiển
Dựa trên sơ đồ nguyên lý thiết kế và lựa chọn thiết bị điện động lực và điều

khiển xây dựng chế tạo hệ thống điện động lực và điều khiển như sau:







Xây dựng bảng kê
chi tiết các thiết bị điện
Thiết kế vỏ tủ đi
ệ
n
Thiết kế vị trí, bố trí
các linh kiện trong tủ điện
Đấu dâ
y
tron
g
các bản
g
điện của tủ điện
Lắp đặt hoàn chỉnh tủ điện
Lắp đặt và đấu nối các thiết bị điều khiển
bên ngoài vào tủ
Chạy thử từng phần
Chạy thử liên động theo thiết kế


24

2.2.3. Thiết kế sơ đồ lắp ráp mạch tủ điện

Từ sơ đồ nguyên lý thiết kế sơ đồ lắp ráp mạch tủ điện đảm bảo các điều kiện
cụ thể như sau:

Chọn các thiết bị điều khiển động lực
Thiết kế vị trí lắp
đặt các nút ấn, đèn báo, còi,
Xác định kích thước
các thiết bị điện cung cấp
Thiết kế vị trí lắp
đặt các thiết bị bảo vệ

Thiết kế sơ bộ vị trí
lắp đặt các thiết bị điện động lực

Tính toán kích thước tấm bắt linh ki
ệ
n
Thi
ế
t k
ế

vỏ
t
ủ

đ
i
ệ
n

Đ

Kiểm tra, hiệu
chỉnh các thiết kế


25

2.2.4. Qui trình công nghệ thi công tủ điện
Sau khi hoàn thành toàn bộ thiết kế kỹ thuật tiến hành thi công tủ điện theo qui
trình công nghệ thi công như sau:

Thi
ế
t k
ế

s
ơ

đ
ồ
n
guy
ê
n l
ý
Thiết kế sơ đồ lắ
p

rá
p
Chế t
ạ
o vỏ tủ đi
ệ
n
,
các h
ộp
t
ạ
i chỗ
Tính chọn và mua các thiết bị điện
Lắ
p
rá
p
các
p
h
ụ
ki
ệ
n
Lắp ráp các thiết bị động lực chính,
các thiết bị bảo vệ
Đấu dây tại tấm bắt linh kiện và trong tủ điện
Kiểm tra và hiệu
chỉnh vị trí lắ

p
rá
p
các thiết bị
Lắp các tấm bắt linh kiện, các bảng điện
Kiểm tra liên độn
g
tại xưởn
g

Đấu điện kiểm tra từn
g

p
hần và ở chế độ ta
y

Kiểm tra tổn
g
thể toàn b
ộ
tủ đi
ệ
n
Chạy thử không tải và có tải,
kiểm tra hiệu chỉnh tham số cho phù hợp

Lắp đặt tủ điện vào thiết bị,đi dây bên ngoài