Báo cáo nghiên cứu khoa học: "THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SÀN NÂNG TÀU TẠI NHÀ MÁY X50" pps

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009
9
THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SÀN
NÂNG TÀU TẠI NHÀ MÁY X50
DESIGNING AND IMPROVING THE SYNCROLIFT CONTROL SYSTEM
AT X50 FACTORY

Đinh Minh Diệm
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
Huỳnh Nam Đông
Nhà máy X50 TCCNQP

TÓM TẮT
Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển sàn nâng tàu tại nhà
máy X50. Việc cải tiến hệ thống điều khiển dựa trên ứng dụng điều khiển tự động bằng PLC và
mô phỏng quá trình hoạt động trên máy tính cá nhân. Nằm trong mục tiêu từng bước hiện đại
hóa các trang thiết bị quân sự phù hợp với điều kiện sản xuất trong khu vực, nghiên cứu này
cũng nhằm hoàn thiện hệ thống điều khiển cũ. Hệ thống điều khiển cải tiến bằng bộ PLC S7-
300 có thể thay thế hoàn toàn bộ điều khiển cũ, đồng thời kết nối điều khiển hệ thống với máy
vi tính, thực hiện điều khiển trực tiếp từ máy vi tính và mô phỏng hoàn toàn quá trình hoạt động
của sàn nâng trên máy vi tính. Để đảm bảo cho quá trình nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã thiết
kế chế tạo mô hình sàn nâng tàu 1000T có ứng dụng hệ điều khiển cải tiến, cho thấy hệ điều
khiển cải tiến hoàn toàn có thể áp dụng trên thực tế.
ABSTRACT
This paper presents a design and improvement of the syncrolift control system at X50
Factory. The improvement of the control system uses the PLC control and simulates the
syncrolift activity on the computer. This research is aimed not only to gradually modernize
military equipment in comformity with regional manufacture but also improve old control
systems. This improved control system with PLC S7-300 is a complete replacement for the old
control system and connected to a PC for controlling and simulating all the syncrolift functions.
In the course of this study, the reseachers have designed and manufactured a model for 1,000-

ton syncrolift with an improved control system. Consequently, it is possible to apply this
procedure to the manufacture of improved control systems.
1. Đặt vấn đề
Sàn nâng tàu là một thiết bị quan trọng trong công tác hạ thủy tàu hoặc nâng tàu
lên trên mặt nước để sửa chữa tàu. Sàn nâng tàu thích hợp với các nhà máy đóng hoặc
sửa chữa tàu cỡ vừa.
Sàn nâng tàu tại nhà máy X50 có trọng tải 350 tấn, sản xuất tại Hoa kỳ vào
những năm 60 của thế kỷ trước. Sàn nâng được điều khiển bằng tổ hợp các cụm rơ le
động lực và các rơ le trung gian. Do vậy trong quá trình sản xuất, hệ thống làm việc
không ổn định, thường xuyên hư hỏng. Việc thay thế các rơ le tốn kém và mất nhiều
thời gian.
Trong những năm gần đây, với sự ra đời của các bộ PLC tiên tiến và máy tính cá
nhân, việc ứng dụng vào sản xuất, thay thế dần các cụm rơ le cồng kềnh đã và đang
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009
10
được thực hiện rất nhanh. Hệ thống điều khiển sàn nâng tàu cũng không là ngoại lệ.
Trên cơ sở của PLC và khả năng kết nối với máy tính, việc điều khiển sàn nâng có tính
ổn định cao hơn, chính xác hơn, trực quan hơn, dễ kiểm soát hơn với phần mềm mô
phỏng toàn bộ quá trình hoạt động của nó.
1
2
3
4

Hình 1. Sàn nâng tàu.
1. Cọc betông; 2. Sàn nâng; 3. Các ụ tời; 4. Tàu trên sàn.
2. Hệ thống điều khiển cũ và các vấn đề tồn tại
Sàn nâng tàu tại nhà máy X50 có hệ thống điều khiển bằng tổ hợp các cụm rơ le
cồng kềnh, có nhiều vần đề tồn tại:
- Tính ổn định không cao, thường xuyên hư hỏng;

- Giá thành sửa chữa cao;
- Độ chính xác điều khiển vị trí không cao, nhiều người tham gia quá trình điều khiển;
- Khi hư hỏng rất khó xác định các vị trí hư hỏng.
3. Phương án cải tiến
Do hệ thống điều khiển cũ không đáp ứng được các yêu cầu mới, phương án
thiết kế hệ thống điều khiển mới bao gồm các tính năng vượt trội:
- Tính ổn định cao trong điều kiện khí hậu Việt Nam;
- Giá thành ở mức thấp, dễ mua sắm trong thị trường khu vực;
- Độ chính xác cao, khả năng tương tác với máy vi tính tốt;
- Khả năng tương tác với các thiết bị ngoại vi tốt;
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009
11
- Báo lỗi hệ thống cụ thể.
- Có khả năng nâng cấp tốt.
Trong điều khiển tự động hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển tự động
như điều khiển bằng PLC, điều khiển bằng vi mạch v.v, mỗi loại có một tính năng riêng
phù hợp với các điều kiện làm việc cụ thể. Đối với hệ thống điều khiển sàn nâng tàu,
chúng tôi lựa chọn phương án dùng hệ điều khiển bằng PLC.
4. Thiết kế hệ thống điều khiển mới bằng PLC và máy tính
4.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển









4.2. Thiết bị điều khiển

- Điều khiển hệ thống bằng PLC, lựa chọn PLC S7-300 của hãng Siemens nhờ
các tính năng tương tác rất tốt với máy vi tính, tính ổn định cao, g iá thành đảm bảo,
nguồn cung cấp dồi dào, điều kiện bảo hành tốt.
- Điều khiển chiều cao nâng hạ của sàn nâng: sử dụng các biến trở lắp trực tiếp
vào đầu các tang tời, tín hiệu từ biến trở chuyển về PLC tính theo trị số của biến trở để
so sánh chiều cao nâng hạ.
- Các tiếp điểm hành trình không chế chiều cao nâng lớn nhất được đấu nối trực
tiếp vào PLC.
- Hệ thống cóc hãm và các tiếp điểm khống chế cóc hãm được đấu nối trực tiếp
vào PLC.
- Máy vi tính: kết nối với PLC qua cổng USB 2.0 thực hiện các thao tác chính
điều khiển sàn nâng thông qua phần mềm mô phỏng trực quan.
Máy vi tính
PLC
Tủ điện động lực
Cụm động cơ điện 3 pha
không đồng bộ
Hệ thống cóc
hãm, phanh
Thiết bị ngoại vi
Các tiếp điểm
hành trình
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009
12
4.3. Phần mềm SLS 1.0
Phần mềm SLS 1.0 được viết trên nền của Protool pro CS V6.0 SP2, là công cụ
tương tác với PLC S7 -300, có chức năng điều khiển và mô phỏng các quá trình hoạt
động của sàn nâng. Bao gồm:

Hình 2. Màn hình phần mềm điều khiển sàn nâng.

- Điều khiển cân bằng sàn.
- Điều khiển nâng sàn không theo khoảng hành trình.
- Điều khiển nâng sàn theo hành trình đặt trước. Tính bằng mm.
- Điều khiển hạ sàn không theo khoảng hành trình.
- Điều khiển hạ sàn theo hành trình đặt trước. Tính bằng mm.
- Điều khiển từng bộ tời bằng ấn nút điều khiển.
Màn hình điều khiển bao gồm các nhóm chức năng:
- Các nút lệnh điều khiển ở phía trên màn hình.
- Vị trí trực quan của sàn nâng và tàu trên sàn ở vị trí giữa màn hình. Quá trình
nâng hạ được hiển thị trực quan và bằng các thông số trên màn hình.
- Các cụm tời được bố trí hiển thị ở hai bên màn hình, hình dáng mô tả bằng các động
cơ điện. Trên mỗi ụ tời có hiển thị thông số dòng động lực của động cơ điện.
4.4. Mô hình sàn nâng
Để bảo đảm quá trình điều khiển của phần mềm SLS 1.0, chúng tôi đã thiết kế
mô hình sàn nâng tàu 1000T và điều khiển sàn nâng bằng phần mềm này.
Mô hình sàn nâng: Mô hình sàn nâng được thiết kế cho tàu 1000T gồm 10 ụ tời
điều khiển bằng động cơ điện 1 chiều 24V. Hệ thống dầm sàn được thiết kế bằng nhôm
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009
13
tương ứng với thiết kế thật của sàn nâng 1000T thu nhỏ theo tỷ lệ 1: 75.000. Hệ thống
điều khiển bằng PLC được lập trình theo mô hình. Phần mềm SLS 1.0 dùng cho mô
hình được hiệu chỉnh cho phù hợp với các động cơ điện 1 chiều 24V và các cụm biến
trở phản hồi tín hiệu quay của tang cáp.

Hình 3. Mô hình sàn nâng và hệ thống điều khiển sàn nâng bằng máy tính.
4.5. Kết quả đạt được
Quá trình thiết kế mô hình và phần mềm mô phỏng hoạt động của sàn nâng đã
được thực hiện và chạy thử nghiệm trên mô hình. Qua đó cho thấy hệ thống đã đạt được
các mục tiêu :
- Tổng hợp được các chức năng điều khiển sàn nâng trong bộ PLC S7-300, bộ

điều khiển này hoàn toàn có khả năng thay thế cho hệ thống điều khiển bằng
rơ le cũ.
- Bổ sung tính năng mới: cho phép di chuyển sàn theo kích thước cho trước.
- Kết nối được hệ thống điều khiển của PLC với máy vi tính, các chế độ hoạt
động được điều khiển và mô phỏng trực quan trên máy vi tính, cho phép kiểm
soát lỗi sự cố của hệ thống điều khiển, giúp cho người vận hành thao tác đơn
giản, chính xác hơn.
- Rút ngắn thời gia kiểm tra trước khi vận hành và giảm bớt nhân lực tham gia
điều khiển sàn nâng.
5. Kết luận
- Nghiên cứu thành công hệ thống điều khiển sàn nâng, sử dụng hệ điều khiển
PLC S7-300 của hãng Siemens.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009
14
- Nghiên cứu lập trình điều khiển hệ thống sàn nâng. Đã lập được phần mềm
SLS1 1.0.
- Thiết kế chế tạo mô hình kiểm nghiệm hệ thống điều khiển. Đã chạy nghiệm
thu đảm bảo các thông số kỹ thuật và các tính năng điều khiển đối với mô hình.
Với các kết quả đạt được, hệ thống điều khiển sàn nâng sử dụng bộ PLC 57.300
hoàn toàn có thể ứng dụng vào thực tế, cải tiến hệ thống điều khiển cũ hoặc ứng dụng
cho các sản phẩm mới, góp phần từng bước hiện đại hóa ngành công nghiệp của Quân
đội, đáp ứng nhiệm vụ trước mắt trong tình hình mới.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Văn Giáp, Nguyễn Ngọc Huệ, Bạch Dương, Công trình thủy công trong nhà
máy đóng tàu. Nhà xuất bản xây dựng, 2007.
[2] Trần Thu Hà, Giao diện người và máy HMI - Tự động hoá trong công nghiệp Với
S7 Và Protool, Nhà xuất bản Hồng Đức, 2008.
[3] Nguyễn Doãn Phước, Nguyễn Xuân Minh, Vũ Vân Hà, Tự động hóa với S7-300.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2006.

[4] L.A Bryan, A. E Bryan, Programmable controlers – Theory and implementation.
An Industrial Text Company Publication, 1997.