đồ án tự động hóa Thiết kế chế tạo mô hình mô phỏng hệ điều khiển giám sát cho hệ thống xe cầu, xe con, nâng hạ và đóng mở gầu ngoạm. Sử dụng PLC và WinCC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay với sự phát triển như vũ bão về khoa học kỹ thuật, bộ
mặt thế giới đã có những thay đổi vô cùng to lớn. Có thể nói khoa học kỹ thuật hiện
đại đã đang và sẽ gây ảnh hưởng mạnh mẽ đến toàn nhân loại. Ở nước ta mặc dù là
một nước đang phát triển nhưng những năm gần đây cùng với đòi hỏi của sản xuất
cũng như hội nhập nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ
thuật mà đặc biệt là tự động hóa quá trình sản xuất đã có bước phát triển tạo ra sản
phẩm có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức. Do đó
tự động hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu, vào trong tất cả các quá
trình tạo ra sản phẩm.
Chúng ta có thể nhận thấy nhà máy nhiệt điện Phả Lại dây truyền 2 đã áp dụng
tiến bộ của khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất sớm nhất của nước ta với hệ thống
điều khiển DCS nhà máy đã thực hiện công cuộc cách mạng trong sản xuất. Trong
đó hệ thống cầu trục giữ một vai trò rất quan trọng trong nhà máy.
Là những sinh viên theo học chuyên ngành “Điện tự động hóa” cùng những nhu
cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà chúng em muốn được
nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm
về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp công
nghiệp hóa hiện đại hóa. Vì vậy nhóm chúng em đã được nghiên cứu về đề tài:
“Thiết kế chế tạo mô hình mô phỏng hệ điều khiển giám sát cho hệ thống xe
cầu, xe con, nâng hạ và đóng mở gầu ngoạm. Sử dụng PLC và WinCC”.
Trong bản thuyết minh này chúng em đã hoàn thành những nội dung chính sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cầu trục trong thực tế
Chương 2: Tổng quan về WinCC
Chương 3: Thiết kế hệ điều khiển giám sát mô hình hệ thống cầu trục
1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẦU TRỤC TRONG THỰC TẾ
1.1. Khái quát chung
Ngày nay cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật thì sức người đã

dần được thay bởi sức của máy móc. Nếu như trước kia con người đóng vai trò là
người thợ người trực tiếp tạo ra sản phẩm thì ngày nay con người chỉ đóng vai trò là
người vận hành, điều khiển và có thể giám sát từ xa mà vẫn đảm bảo được yêu cầu
công nghệ của một hệ thống. Cầu trục là một hệ thống được sử dụng khá phổ biến
hiện nay, nó đã đóng góp một phần khá quan trọng cho quá trình tự động hóa quá
trình sản xuất của một nhà máy cũng như một dây chuyền sản xuất. Cầu trục dùng
để bốc dỡ hàng hóa từ trên bờ xuống các xà lan hoặc từ các xà lan bốc dỡ lên. Cầu
trục có thể dùng móc để vận chuyển hàng hóa là những khối đặc hoặc dùng gầu
múc để múc những mặt hang nhỏ vụn như than, cát, vôi…được điều khiển bằng bộ
logic khả trình PLC.
Hình chụp của một số dạng cầu trục điển hình trong thực tế:
Hình 1.1. Cầu trục tháp
2
Hình 1.2. Các thành phần quan trọng của cầu trục tháp
Hình 1.3. Cầu trục chuyển hàng từ đường ray lên xe
Mô hình chúng em sẽ thiết kế dựa trên mô hình cẩu trục múc than của nhà máy
nhiệt điện Phả Lại II do vậy trong những mục tiếp theo của phần tổng quan chúng
3
em sẽ giới thiệu chi tiết hơn dựa trên hệ thống cầu trục múc than của nhà máy nhiệt
điện Phả Lại II.
Hình 1.4. Bản vẽ tổng quan về cầu trục bốc than
Các thiết bị gồm có:
5 : Cửa phễu trước
6 : Cửa chắn gió phải trái
7 : Cơ cấu dập bụi
8 : Buồng lái
9 : Xe con
10 : Cáp
11 : Gầu ngoạm
12 : Đường ray

13 : Trạm PLC
14 : Băng tải 14A
15 : Băng tải 14B
4
Cầu trục bốc than được sử dụng để bốc than hay đá vôi ở cảng được gọi tắt là
cầu trục bốc than dùng để :
- Bốc than từ sà lan bằng gầu ngoạm tới phễu và chuyển than từ phễu này tới
băng tải 14A hay 14B.
- Bốc đá vôi từ sà lan bằng gầu ngoạm tới phễu đặt trên cầu cảng.
- Việc bốc dỡ than và đá vôi được thực hiện bằng tay hay bán tự động cho các
cơ cấu nâng, hạ và đóng, mở gầu ngoạm, xe con từ ca bin điều khiển.
1.2. Các đặc điểm của cầu trục bốc than.
Cầu trục bốc than bao gồm các bộ phận sau:
1.2.1. Cơ cấu di chuyển
Cơ cấu di chuyển bao gồm tất cả thiết bị điện và cơ mà chúng cho phép cầu
trục bốc than di chuyển trên đường ray trên cầu cảng, cơ cấu này cần bao gồm:
- 04 động cơ lồng sóc xoay chiều, 11KV, được điều khiển bằng bộ biến đổi
xoay chiều loại Altivar Schneider ATV66C10N4. Nó có thể khởi động và dừng có
gia tốc/ giảm tốc (thời gian quá độ được đặt đối với bộ biến đổi) và điều chỉnh tốc
độ (tốc độ lớn nhất bằng 20m / phút) theo hướng tiến và lùi. Bộ biến đổi được nối
với bộ điều khiển lôgic có thể lập trình qua đường truyền MODBUS để ra lệnh và
chẩn đoán.
- 01 cuộn cáp để cung cấp cáp 6 KV và cáp quang để thông tin với các máy
khác và phòng điều khiển.
- 01 cuộn ống mềm để cấp nước dập bụi.
- 04 phanh điện thuỷ lực để dừng sự cố và phanh tĩnh.
- 02 kẹp ray điện - thuỷ lực để neo máy. Mỗi kẹp ray được dẫn động bằng một
cơ cấu thủy lực, bao gồm:
+ 01 bơm được dẫn động bằng 1 động cơ lồng sóc xoay chiều, 1 hướng, 0,75
KW, được khởi động trực tiếp.

+ 01 van điện từ để đóng - mở kẹp ray.
+ 01 công tắc giới hạn tác động khi kẹp ray mở.
- 04 thanh giằng để neo máy.
5
- Cầu trục bốc than có thể di chuyển qua cầu cảng với chiều dài 200 m, trong
đó mét số O là vị trí của máy trên công tắc giới hạn đảo chiều. Vị trí của máy được
điều khiển bằng một công tắc giới hạn và thiết bị mã hoá.
1.2.2. Cơ cấu nâng, hạ - đóng, mở gầu ngoạm.
Cơ cấu nâng, hạ- đóng,mở gầu ngoạm bao gồm tất cả các thiết bị điện và cơ
cho phép thực hiện các chuyển động sau:
- Đóng gầu ngoạm để đưa than hay đá vôi từ sà lan lên bằng động cơ đóng,
mở và nếu cần thiết thì bằng động cơ nâng, hạ.
- Mở gầu ngoạm để dỡ tải than hay đá vôi tới phễu bằng động cơ đóng, mở.
- Nâng và hạ gầu ngoạm theo phương thẳng đứng bằng các động cơ đóng, mở
và nâng, hạ.
Cơ cấu đóng, mở - nâng, hạ gầu ngoạm cần bao gồm:
 Cơ cấu nâng, hạ.
- Một động cơ 1 chiều 75 KW được điều khiển bằng bộ chuyển đổi 1 chiều
loại Rectivar Schneider RTV - 84C40Q. Nó dùng để khởi động và dừng có gia tốc/
giảm tốc (thời gian quá độ được đặt với bộ điều khiển lôgic có thể lập trình (PLC),
nâng và hạ khi gầu ngoạm mở không hết = 0,668 m/s
2
, hạ khi gầu ngoạm mở hết =
0.8 m/s
2
) và điều chỉnh tốc độ (nâng và hạ khi gầu ngoạm mở không hết = 1.67 m/s,
hạ khi gầu ngoạm mở hết = 2m/s) theo hướng nâng và hạ.
Bộ biến đổi được nối với PLC qua đường truyền MODBUS để chẩn đoán.
- 01 động cơ phanh xoay chiều 0.33 KW, để dừng sự cố và phanh tĩnh.
- 01 pa nen truyền tín hiệu trọng lượng nâng, hạ.

 Cơ cấu đóng, mở.
- 01 động cơ 1 chiều, 75KW, được điều khiển bằng bộ biến đổi 1 chiều loại
Rectivar Schneider RTV84C40Q. Nó dùng để khởi động và dừng có gia tốc/ giảm
tốc (thời gian quá độ được điều khiển bởi PLC: đóng, nâng và hạ khi gầu ngoạm mở
không hết = 0.668 m/s
2
, mở và hạ với gầu ngoạm mở hết = 0.8 m/s
2
) và điều chỉnh
tốc độ (nâng và hạ khi gầu ngoạm mở không hết = 1.67 m/s, mở và hạ khi gầu
ngoạm mở hết = 2m/s) theo hướng nâng và hạ.
6
- 01 động cơ phanh xoay chiều 0.33 KW để dừng sự cố và phanh tĩnh. Cơ cấu
nâng, hạ và đóng, mở có thể nâng và hạ từ 0.00 đến 25.00 mét, khi đó mét 0.00 là vị
trí của gầu ngoạm ở công tắc giới hạn trên. Vị trí gầu ngoạm được điều khiển bằng
các công tắc giới hạn và thiết bị mã hoá .
1.2.3. Xe con
Xe tời bao gồm tất cả các thiết bị điện và cơ cho phép gầu ngoạm di chuyển
ngang dọc theo xà dọc trên vị trí cố định của máy. Xe tời bao gồm:
- 02 động cơ 1 chiều 24KW được điều khiển bằng bộ biến đổi 1 chiều loại
Rectivar Schneider RTV - 84C27Q. Nó dùng để khởi động và dừng có gia tốc/ giảm
tốc (thời gian quá độ được điều khiển bởiPLC, gia tốc/giảm tốc danh định = 0.434
m/s
2
) và điều chỉnh tốc độ (tốc độ danh định = 2.170 m/s) theo hướng phải và trái.
Bộ biến đổi được nối với PLC qua đường truyền MODBUS để chẩn đoán.
- 02 động cơ phanh xoay chiều 0.33 KW để dừng sự cố và phanh tĩnh.
Xe tời có thể di chuyển từ 0.00 đến 30.00 mét, mét số 0.00 là vị trí của xe tời ở
công tắc giới hạn trái. Vị trí xe tời được điều khiển bằng các công tắc giới hạn và
thiết bị mã hoá.

1.2.4. Phễu
Gầu ngoạm có thể được dỡ tải vào hai phễu:
- Phễu chính (than) được lắp trên máy và được trang bị với 01 panen truyền
tín hiệu trọng lượng phễu.
- Phễu đá vôi được lắp trên cầu cảng.
1.2.5. Cơ cấu chắn gió phải và trái.
Cơ cấu chắn gió phải và trái bao gồm tất cả các thiết bị điện và cơ để di chuyển
cơ cấu chắn gió phải và trái trên phễu chính. Cơ cấu chắn gió phải và trái cần bao
gồm:
- Một động cơ lồng sóc xoay chiều, hai hướng (thuận - nghịch), 0.55 KW (cho
mỗi cơ cấu), có khởi động trực tiếp.
Các vị trí thuận và nghịch của cơ cấu chắn gió phải và trái được điều khiển bằng
các công tắc giới hạn.
1.2.6. Các cửa phễu trước và sau
7
Các cửa phễu trước và sau bao gồm các thiết bị điện và cơ để di chuyển cửa
phễu sau lên / xuống và quay cửa phễu trước lên / xuống.
Cửa phễu sau cần bao gồm:
- Một động cơ lồng sóc xoay chiều, hai hướng 12.5 KW có khởi động trực
tiếp.
Cửa phễu phía trước cần bao gồm:
- 01 bơm thuỷ lực được dẫn động bằng 01 động cơ lồng sóc, xoay chiều, 1
hướng 4KW, có khởi động trực tiếp.
- 02 van điện từ để nâng/hạ cửa phễu trước. Các vị trí lên/xuống của cửa phễu
trước và sau được điều khiển bằng các công tắc giới hạn.
1.2.7. Máy cấp kiểu rung.
Máy cấp kiểu rung bao gồm các thiết bị điện và cơ để chuyển than từ phễu
xuống băng tải. Máy cấp kiểu rung cần bao gồm:
Một động cơ lồng sóc xoay chiều 5.5 KW được điều khiển bằng bộ biến đổi
xoay chiều loại Altivar Schneider ATV66U90N4 để khởi động và dừng có gia tốc /

giảm tốc ( thời gian quá độ được đặt với bộ biến đổi) và điều chỉnh tốc độ. Bộ biến
đổi được nối với PLC qua đường truyền MODBUS để ra lệnh và chẩn đoán.
1.2.8. Cơ cấu dẫn động quay máy cấp.
Cơ cấu dẫn động quay máy cấp bao gồm các thiết bị điện và cơ để di chuyển
máy cấp và xả than vào băng tải 14A hoặc 14B. Cơ cấu dẫn động quay máy cấp bao
gồm:
- 01 động cơ lồng sóc xoay chiều, hai hướng 1.1 KW có khởi động trực tiếp.
- Vị trí 14A và vị trí 14B của máy cấp được điều khiển bằng công tắc giới hạn.
1.2.9. Hệ thống dập bụi.
Hệ thống dập bụi bao gồm tất cả các thiết bị điện và cơ để dập bụi trong khi xả
than vào phễu.
 Hệ thống dập bụi bằng nước.
Hệ thống dập bụi bằng nước cần bao gồm:
- 01 bơm tăng áp được dẫn động bằng 01 động cơ lồng sóc xoay chiều, 1
hướng 5.5 KW có khởi động trực tiếp.
8
- Van điện từ được lắp ở phần cố định để dập bụi bằng nước trên phễu.
 Hệ thống dập bụi bằng không khí:
Hệ thống dập bụi bằng không khí cần bao gồm:
- 01 quạt ly tâm được dẫn động bằng động cơ lồng sóc xoay chiều N = 5.5
KW có khởi động trực tiếp.
- 01 van quay được dẫn động bằng 01 động cơ lồng sóc xoay chiều, 1 hướng
0.75 KW có khởi động trực tiếp.
- 01 van điều tiết được dẫn động bằng 01 động cơ lồng sóc xoay chiều 02
hướng 0.75 KW có khởi động trực tiếp.
- Vị trí của van điều tiết được điều khiển bằng các công tắc giới hạn.
1.3. Các chế độ vận hành
1.3.1. Chế độ bảo dưỡng.
Chế độ bảo dưỡng cho phép nhân viên vận hành điều khiển từng bộ phận của
máy từ các tủ điều khiển tại chỗ (L.C.S) đặt ở gần bộ phận được ra lệnh. Ở chế độ

này, không thể ra lệnh cho hai hay nhiều bộ phận đồng thời.
1.3.2. Chế độ vận hành bằng tay.
Chế độ vận hành bằng tay cho phép nhân viên vận hành điều khiển mỗi một bộ
phận của máy. Trong chế độ vận hành bằng tay, có thể ra lệnh cho các bộ phận khác
nhau thực hiện các nguyên công dỡ tải. Chế độ vận hành bằng tay có thể thực hiện
từ bàn điều khiển.
_ Các chế độ và điều kiện để lệnh cho cơ cấu nâng hạ - đóng, mở bằng tay.
Phần chung
Các vị trí của gầu ngoạm được xác định bởi các công tắc giới hạn hay bộ cảm
biến sau:
Các bộ mã hoá D - ZT002 trên tang nâng, hạ và D - ZT004 trên tang đóng, mở gầu
để thực hiện:
- Công tắc giới hạn dừng chuyển động nâng cho tang nâng, hạ gầu.
- Công tắc giới hạn dừng chuyển động nâng cho tang đóng, mở gầu.
- Công tắc giới hạn giảm tốc độ nâng cho tang nâng, hạ gầu.
- Công tắc giới hạn giảm tốc độ nâng cho tang đóng, mở gầu.
9
- Công tắc giới hạn giảm tốc độ hạ cho tang nâng, hạ gầu.
- Công tắc giới hạn giảm tốc độ hạ cho tang đóng, mở gầu.
- Công tắc giới hạn dừng chuyển động hạ cho tang nâng, hạ gầu.
- Công tắc giới hạn dừng chuyển động hạ cho tang đóng, mở gầu.
- Công tắc giới hạn đóng gầu ngoạm.
- Công tắc giới hạn mở gầu ngoạm.
- Công tắc giới hạn giảm tốc độ đóng gầu ngoạm.
- Công tắc giới hạn giảm tốc độ mở gầu ngoạm.
- D - ZS002.1 - Công tắc giới hạn kiểu cam để kiểm tra bộ mã hoá cho tang
nâng, hạ gầu.
- D- ZS002.2 - Công tắc giới hạn kiểu cam dừng sự cố khi nâng cho tang
nâng, hạ gầu.
- D- ZS002.3 - Công tắc giới hạn kiểu cam dừng sự cố khi hạ cho tang nâng,

hạ gầu.
- D- ZS004.1 - Công tắc giới hạn kiểu cam để kiểm tra bộ mã hoá cho tang
nâng, hạ gầu.
- D- ZS004.2 - Công tắc giới hạn kiểu cam để dừng sự cố khi nâng cho tang
đóng mở gầu.
- D- ZS004.2 - Công tắc giới hạn kiểu cam để dừng sự cố khi hạ cho tang
đóng mở gầu.
Vị trí thực của tời nâng, hạ gầu và đóng mở gầu được thể hiện trên màn hiển thị
đặt trên bàn điều khiển: XX,XX [mét] (0.00/+30.00) cần lưu ý rằng màn hiển thị có
nhiều chức năng, để có thông tin trên ta đặt công tắc
“HOLD/CLOSE/TROLLEY/TRAVEL” sang HOLD hay CLOSE tương ứng.
 Lệnh cho gầu ngoạm từ bàn điều khiển
• Các điều kiện khả thi (có thể thực hiện)
- Bàn điều khiển được đưa vào hoạt động.
- Chu trình bán tự động ở các bước 1 hoặc 2.
Nếu cần chuyển động thì thiếu ít nhất 1 trong các điều kiện trên làm cho đèn
“HOLD/ CLOSE NOT OK” nhấp nháy trên panen đánh tín hiệu và báo động.
10
- Thiếu các điều kiện tín hiệu báo động dừng cơ cấu nâng, hạ hay đóng, mở
gầu.
• Các chế độ lệnh.
Lệnh được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển ở phía bên phải nhân viên
vận hành. Trước khi thực hiện bất kỳ thao tác nào, nhân viên vận hành phải ấn công
tắc “DEAD MAN” ở đỉnh tay gạt. Tốc độ động cơ sẽ tỷ lệ với độ nghiêng của tay
gạt điều khiển.
• Đóng gầu ngoạm
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng trái
(CLOSE). Chỉ có động cơ đóng, mở gầu theo hướng nâng được đóng điện cho
chuyển động này với tốc độ Max là 1.67 m/s và gia tốc/giảm tốc không đổi là 0.668
m/s

2
. Chuyển động sẽ được dừng bởi hệ thống khi gầu được đóng hoàn toàn.
• Mở gầu ngoạm
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng phải
(OPEN). Chỉ có động cơ đóng, mở gầu theo hướng hạ được đóng điện với tốc độ
max là 2 m/s,và với gia tốc/giảm tốc là 0.8 m/s
2
. Chuyển động sẽ được dừng bởi hệ
thống khi gầu được mở hoàn toàn.
• Nâng gầu ngoạm đã được đóng
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng lùi
(UP). Các động cơ tời nâng, hạ và đóng, mở gầu theo hướng nâng được đóng điện
cho chuyển động này. Hệ thống bảo đảm phân phối tải cho các động cơ. Nếu tổng
tải là X, động cơ đóng, mở gầu chịu tải là X/2 + 5%X và động cơ nâng, hạ gầu chịu
tải là X/2 - 5%X. Đối với cả hai động cơ, tốc độ max là 1.67 m/s và gia tốc/giảm tốc
sẽ không đổi và bằng 0.668 m/s
2
.
• Hạ gầu ngoạm đã được đóng
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng tiến
(DOWN). Các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu theo hướng hạ được đóng điện
cho chuyển động này. Hệ thống phân phối tải cho các động cơ như “nâng gầu
11
ngoạm đã được đóng”. Đối với cả hai động cơ, tốc độ max là 1.67 m/s và gia tốc/
giảm tốc sẽ là không đổi và bằng 0.668 m/s
2
.
• Nâng gầu ngoạm được đóng không hoàn toàn
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng lùi
(UP). Các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu theo hướng hạ được đóng điện cho

chuyển động này. Để duy trì góc độ mở cuả gầu ngoạm không đổi, hệ thống duy trì
tốc độ giống nhau cho các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu. Đối với cả hai động
cơ, tốc độ max là 1.67 m/s và gia tốc/giảm tốc không đổi và bằng 0.668 m/s
2
.
• Hạ gầu ngoạm được đóng không hoàn toàn
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng tiến
(DOWN). Các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu theo hướng hạ được đóng điện
cho chuyển động này. Để duy trì góc độ mở gầu ngoạm không đổi, hệ thống duy trì
tốc độ giống nhau cho các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu. Đối với cả hai động
cơ, tốc độ max là 2 m/s và gia tốc/giảm tốc không đổi, bằng 0.8 m/s
2
.
• Nâng và đóng gầu ngoạm
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng lùi
(UP) - sang trái (CLOSE). Các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu theo hướng nâng
được đóng điện cho chuyển động này. Tay gạt điều khiển càng chuyển về bên trái
nhiều, thì tốc độ động cơ đóng, mở gầu càng cao nhưng không bao giờ vượt qúa tốc
độ MAX. Nếu trong quá trình này, gầu ngoạm trở nên đóng hoàn toàn, hệ thống sẽ
tiến hành như đã nói ở mục 5.3.2.5. Đối với cả hai động cơ, tốc độ max sẽ là 1.67
m/s và gia tốc/giảm tốc không đổi và bằng 0.668 m/s
2
.
• Hạ và đóng gầu ngoạm
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng tiến
(DOWN) - sang trái (CLOSE). Các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu theo hướng
nâng được đóng điện cho chuyển động này. Nếu tay gạt điều khiển chuyển về bên
trái càng nhiều, thì tốc độ động cơ đóng, mở gầu càng thấp hơn (tới điểm dừng) tốc
độ động cơ nâng, hạ gầu. Nếu trong quá trình này, gầu ngoạm đóng hoàn toàn, hệ
thống sẽ tiến hành như đã nói ở mục 5.3.2.6. Đối với cả hai động cơ, tốc độ max sẽ

là 1.67 m/s và gia tốc/giảm tốc không đổi và bằng 0.668 m/s
2
.
12
• Nâng và mở gầu ngoạm
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng lùi
(UP) - sang phải (OPEN). Các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu theo hướng nâng
được đóng điện cho chuyển động này. Nếu tay gạt điều khiển được gạt về bên phải
càng nhiều, thì tốc độ động cơ đóng, mở gầu càng thấp hơn (tới điểm dừng) tốc độ
động cơ nâng, hạ gầu. Nếu trong quá trình này, gầu ngoạm đóng hoàn toàn, hệ
thống sẽ tiến hành như đã nói ở mục 5.3.2.7. Đối với cả hai động cơ, tốc độ max sẽ
là 1.67 m/s và gia tốc/giảm tốc không đổi, bằng 0.668 m/s
2
.
• Hạ và mở gầu ngoạm
Việc này được thực hiện bằng cách gạt tay gạt điều khiển chỉ theo hướng tiến
(DOWN) - sang phải (OPEN). Các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu theo hướng
hạ được đóng điện cho chuyển động này. Nếu tay gạt điều khiển được gạt sang bên
phải càng nhiều, thì tốc độ động cơ đóng, mở gầu càng cao hơn tốc độ động cơ
nâng, hạ gầu. Nếu trong quá trình này, gầu ngoạm mở hoàn toàn, hệ thống sẽ tiến
hành như đã nói ở mục5.3.2.8. Đối với cả hai động cơ, tốc độ max sẽ là 2 m/s và gia
tốc/giảm tốc không đổi và bằng 0.8 m/s
2
.
• Chu trình đóng gầu ngoạm trên đống than
Khi thực hiện phá mớn sà lan ban đầu, cần phá mớn ở 3 vị trí là 2 đầu và ở giữa
sà lan, sao cho sà lan không bị nghiêng và lật. Sau đó, thực hiện bốc than theo kiểu
cuốn chiếu từ 1 đầu của sà lan (bốc đến đâu hết đến đó).
Khi lượng than trên sà lan đã gần hết, đưa thiết bị gom than xuống sà lan hoặc sử
dụng lực lượng vét sà lan bằng thủ công để gom phần than còn lại, rồi bốc hết số

than còn lại này.
Đây là một chức năng cho phép tối đa hoá các chuyển động được thực hiện bởi
gầu trong khi bốc than để cho phép nó được nạp đầy, và nó bao gồm một trình tự
gồm các bước như sau:
a. Khả năng của chu trình
Chu trình có khả năng với các nguyên công sau:
- Ấn nút “SINK” trên bàn điều khiển bên trái.
13
- Gạt tay gạt điều khiển theo hướng sang trái (CLOSE); hệ thống tác động
động cơ đóng , mở gầu theo hướng nâng.
- Gạt tay gạt điều khiển theo hướng lùi (UP) và sang trái (CLOSE); hệ thống
tác động động cơ nâng, hạ gầu theo hướng nâng.
- Nhả nút ấn “SINK” trước khi đóng gầu ngoạm hoàn toàn để cho phép thực
hiện chuyển động “nâng gầu ngoạm đã được đóng” như đã mô tả ở mục 5.3.2.5 ở
cuối chu trình.
Chu trình này phải được thực hiện chỉ với gầu ngoạm trên đống than, bởi vì nếu
gầu ngoạm được nâng thì gầu sẽ hạ một cách không thể điều khiển được cho đến
khi nó được đóng hoàn toàn, hoặc trên đống than.
b. Bước đóng gầu ngoạm
Trong bước này xảy ra những việc sau:
+ Động cơ đóng, mở gầu:
- Chạy theo hướng nâng với tốc độ phụ thuộc vào vị trí của tay gạt điều khiển.
+ Động cơ nâng, hạ gầu:
- Chạy theo hướng nâng với tốc độ phụ thuộc vào vị trí của tay gạt điều khiển,
nhưng giới hạn tới 20%.
- Giới hạn dòng của động cơ tới 20 % dòng danh định để cho phép gầu ngoạm
tự động hạ xuống nếu như các dây cáp nâng, hạ gầu được giữ (động cơ được hạn
chế theo hướng hạ bởi gầu ngoạm), nghĩa là quấn dây nâng, hạ gầu nếu chúng bị
trùng (mô men động cơ chỉ đủ để nâng dây).
Khi đạt tới công tắc giới hạn giảm chuyển động đóng gầu ngoạm, hệ thống đặt

tốc độ của các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu tới 20% tốc độ danh định.
Khi đạt tới công tắc giới hạn dừng đóng gầu ngoạm, hệ thống tác động bước tiếp
theo.
c. Kết thúc bước đóng
Trong bước này tốc độ không đổi (20% tốc độ max) và không phụ thuộc vào vị
trí của bộ điều khiển và dòng động cơ được hạn chế tới 50% để làm căng 4 dây cáp.
Kết thúc bước đóng tác động trong một thời gian đặt trước (khoảng 0.5 s). Ở
cuối bước này, nếu nút “SINK” được nhả, thì công tắc “GRAB CLOSING ON THE
14
PILE CYCLE” ở vị trí O và xảy ra như đã mô tả ở mục 5.3.2.5 (nâng gầu ngoạm đã
được đóng).
Trong tất cả các bước, đối với cả hai động cơ, tốc độ max sẽ là 1.67 m/s và gia
tốc/ giảm tốc không đổi và bằng 0.668 m/s
2
1.4. Chu trình bốc than bán tự động.
Được xác định bởi
- X - Y - 1 hệ Cartesian, trong đó:
- X - là trục nằm ngang mà đầu gầu ngoạm đi qua ở vị trí đổ vào phễu than.
- Y - là trục thẳng đứng mà đường tâm gầu ngoạm đi qua ở vị trí đường tâm
của phễu than.
- X
p
là khoảng cách theo phương nằm ngang của đường tâm gầu ngoạm khi
gầu ngoạm ở bất kỳ điểm nào trong phạm vi dừng xà lan (không “dưới giới hạn
dừng”) mà tại đó nhân viên vận hành đã định vị gầu ngoạm ở trạng thái mở hoàn
toàn trên đống than.
- Y
p
là khoảng cách theo phương thẳng đứng của đầu gầu ngoạm khi gầu
ngoạm ở bất kỳ điểm nào trong phạm vi dừng xà lan (không “dưới giới hạn dừng”)

mà tại đó nhân viên vận hành đã định vị gầu ngoạm ở trạng thái mở hoàn toàn trên
đống than.
- X
c
là khoảng cách theo phương nằm ngang của đường tâm gầu ngoạm khi nó
trùng với thành phễu than quay ra sông.
- X
L
là khoảng cách theo phương nằm ngang của đường tâm gầu ngoạm khi nó
trùng với thành phễu đá vôi.
- X
R
là khoảng cách theo phương nằm ngang thực của đường tâm gầu ngoạm.
- Y
R
là khoảng cách theo phương thẳng đứng thực của đầu gầu ngoạm.
Chu trình bán tự động bao gồm các bước vận hành như sau:
 Bước 1:
+ Các hoạt động: không.
+ Các điều kiện chuyển bước:
15
- Nhân viên vận hành đặt công tắc “MANUAL/SEMIAUTO” sang vị trí
SEMIAUTO → bước 2.
 Bước 2:
+ Các hoạt động:
Nhân viên vận hành có thể điều khiển bằng tay tất cả nguyên công và định vị
gầu ngoạm ở trạng thái mở trên đống than. Nhân viên vận hành có trách nhiệm xác
định vị trí của gầu ngoạm.
+ Các điều kiện chuyển bước:
- Nhân viên vận hành đặt bộ điều khiển nâng, hạ - đóng, mở gầu ở vị trí sang

trái (CLOSE - đóng) và về phía sau (UP - nâng) và ấn công tắc “Dead man”. Và ấn
nút “SINK” và đặt bộ điều khiển xe tời về vị trí ZERO → bước 3.
- Nhân viên vận hành đặt công tắc “MANUAL/ SEMIAUTO” về vị trí
MANUAL → bước 1.
 Bước 3:
+ Các hoạt động:
- Hệ thống điều hành “Chu trình đóng gầu ngoạm trên đống than"
+ Các điều kiện chuyển bước:
- Gầu ngoạm đóng hoàn toàn → bước 4.
- Nhân viên vận hành đặt bộ điều khiển nâng, hạ - đóng, mở gầu ở vị trí khác
từ sang trái (CLOSE) và về phía sau (UP) HOẶC nhả công tắc “Dead man” →
bước 9.
 Bước 4:
+ Các hoạt động:
- Hệ thống thực hiện nguyên công “nâng gầu đã đóng” .
+ Các điều kiện chuyển bước:
- Y
R
= Y
IT
→ bước 5.
- Nhân viên vận hành nhả công tắc “Dead man” của bộ điều khiển nâng, hạ -
đóng, mở gầu→ bước 9.
 Bước 5:
16
+ Các hoạt động:
- Hệ thống tiếp tục thực hiện việc “nâng gầu đã đóng” cho đến khi Y
R
= Y
O

.
- Hệ thống thực hiện việc di chuyển theo hướng sang trái cho đến khi X
R
= X
C
nếu công tắc “main hopper - lime hopper” ở vị trí main hopper hoặc cho đến khi X
R
= X
L
nếu công tắc “main hopper - lime hopper” ở vị trí lime hopper.
+ Các điều kiện chuyển bước:
- Y
R
= O và công tắc “main hopper - lime hopper” ở vị trí lime hopper và X
R
=
X
L
→ bước 2 (trong bước 2 nhân viên vận hành có thể vận hành bằng tay tất cả các
nguyên công để dỡ tải gầu ngoạm trên phễu đá vôi và sau đó định vị gầu ngoạm ở
vị trí ban đầu).
- Y
R
= O

VÀ công tắc “MAIN HOPPER - LIME HOPPER” ở vị trí MAIN
HOPPER và X
R
= X
C

→ bước 6.
- Nhân viên vận hành nhả công tắc “Dead man” của bộ điều khiển nâng , hạ -
đóng , mở gầu → bước 9.
 Bước 6:
+ Các hoạt động:
- Hệ thống tiếp tục di chuyển theo hướng trái cho đến khi X
R
= O.
- Hệ thống thực hiện việc “mở gầu ngoạm” cho đến khi xả hết than HOẶC
cho đến khi gầu ngoạm được mở hoàn toàn.
+ Các điều kiện chuyển bước:
- X
R
= O VÀ toàn bộ than được đổ hoặc gầu ngoạm được mở hoàn toàn

→
bước 7.
- Nhân viên vận hành nhả công tắc “Dead man” của bộ điều khiển nâng, hạ -
đóng, mở gầu→ bước 9.
 Bước 7:
+ Các hoạt động:
- Hệ thống di chuyển theo hướng sang phải cho đến khi X
R
= X
ID
.
- Hệ thống tiếp tục thực hiện việc “mở gầu ngoạm” cho đến công tắc giới hạn
mở gầu ngoạm.
17
+ Các điều kiện chuyển bước:

- X
R
= X
ID
→ bước 8.
- Nhân viên vận hành nhả công tắc “Dead man” của bộ điều khiển nâng, hạ -
đóng, mở gầu→ bước 9.
 Bước 8:
+ Các hoạt động:
- Hệ thống tiếp tục di chuyển theo hướng sang phải cho đến khi X
R
= X
P
.
- Nếu nhân viên vận hành không đặt bộ điều khiển nâng, hạ - đóng, mở gầu
theo hướng tiến (DOWN) hay về phía trước/sang phải (DOWN /OPEN), hệ thống
thực hiện việc “hạ gầu ngoạm được đóng không hoàn toàn” cho đến khi Y
R
= Y
P
+
2 mét.
- Nếu nhân viên vận hành đặt bộ điều khiển nâng, hạ - đóng, mở gầu theo
hướng tiến (DOWN) hay về phía trước/sang phải (DOWN/ OPEN), thì hệ thống
thực hiện việc “hạ gầu ngoạm được đóng không hoàn toàn” cho đến khi bộ điều
khiển nâng, hạ - đóng, mở gầu ở vị trí O.
+ Các điều kiện chuyển bước:
- X
R
= X

P
VÀ các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu dừng → bước 2.
- Nhân viên vận hành nhả công tắc “Dead man” của bộ điều khiển nâng, hạ -
đóng, mở gầu → bước 9.
 Bước 9:
+ Các hoạt động:
- Hệ thống dừng các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu và xe tời.
+ Các điều kiện chuyển bước:
- Các động cơ nâng, hạ và đóng, mở gầu và xe tời dừng → bước
18
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ WINCC
2.1. Khái niệm chung
WinCC (Windows Control Center) là một hệ thống phần mềm điều khiển
giám sát công nghiệp (Tích hợp giao diện người máy IHMI – Integrate Human
Machine Interface), có tính năng kỹ thuật và hệ thống màn hình hiển thị đồ hoạ để
điều khiển các nhiệm vụ đặt ra trong sản xuất và tự động hóa quá trình công nghiệp.
Hệ thống này đưa ra những module chức năng tích hợp trong công nghiệp cho việc
hiển thị đồ hoạ, đưa ra thông báo, lưu trữ, và xuất các báo cáo. Nó là một trình điều
khiển mạnh, với giao diện lập trình thân thiện cho phép cập nhật nhanh chóng các
hình ảnh của các quá trình tự động hoá cần quan sát (thông qua các trang màn hình),
và các chức năng lưu trữ an toàn … nên đảm bảo lợi ích cao.
Ngoài ra WinCC còn đưa ra các giao diện mở cho các giải pháp của người
dùng. Những giao diện này có thể tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phức
tạp, các giải pháp cho hệ thống mở. Sự truy nhập tới nơi lưu trữ dữ liệu tích hợp bởi
các giao diện chuẩn ODBC và SQL. Sự lồng ghép những đối tượng và các văn bản
được tích hợp bởi OLE 2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Những cơ chế này
làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trường Windows.
WinCC hỗ trợ cho tất cả các loại máy tính, nó thích hợp với tất cả các loại
máy tính cá nhân PC. Mặc dù các thông số trong bảng dưới đây đưa ra cho cấu hình

tối thiểu nhưng trong thực tế phải đạt được cấu hình khuyến cáo để đáp ứng các
yêu cầu kỹ thuật.
Bảng
Tối Thiểu Khuyến cáo
CPU Pentum II 266 MHz Pentum II 400 MHz
RAM 96 MB 128 MB
Graphics Controller (Card màn hình) SVGA (4MB) XGA (8MB)
Resolution (Độ phân giải) 800*600 1024*768
Hard Disk (Lượng đĩa cứng trống) 500 MB trống >500 MB
CD-ROM Drive CD-ROM Drive
 Các loại Project.
WinCC cung cấp nhiều loại dự án khác nhau tùy theo yêu cầu công việc và quy
mô của dự án.
• Dự án đơn (Single-User Project).
19
Một dự án đơn thực chất là một trạm vận hành đơn, việc tạo cấu hình, chạy
thời
gian thực, cũng như kết nối bus quá trình và lưu trữ dữ liệu của dự án đều được
thực hiện trên máy tính này.
Hình 2.1: Cấu trúc của dự án đơn.
• Dự án nhiều người dùng (Multi – User Project).
Một dự án nhiều người dùng có đặc điểm cấu hình nhiều máy khách (client)
và một máy chủ (server), tất cả chúng làm việc trong cùng 1 dự án. Tối đa 16 client
được truy nhập vào một server. Cấu hình có thể đặt trong server hoặc trong một vài
client. Dữ liệu của dự án như là các hình ảnh, các tag, dữ liệu được lưu trữ trong
server và cung cấp cho các client. Server được kết nối bus quá trình và dữ liệu quá
trình được xử lý ở đây. Vận hành hệ thống được thực hiện từ các client.
Hình 2.2: Cấu trúc của dự án nhiều người dùng.
• Dự án nhiều máy khách (Multi – Client Project).
20

Dự án nhiều máy khách là một loại dự án mà có thể truy nhập vào nhiều
server. Các server được liên kết có dự án riêng của chúng. Cấu hình của project
server được thực hiện trong server hoặc trong các client, cấu hình của dự án multi-
client được thực hiện trong dự án multi – client.
Một server có thể truy nhập tối đa 16 client. Một dự án multi – client có thể
truy nhập tối đa 6 server. Có nghĩa là dữ liệu của 6 server có thể được giám sát và
điều khiển trên một màn hình của dự án multi – client.
Hình 2.3: Cấu trúc của dự án nhiều máy khách.
2.2. Các bước thực hiện một dự án
1. Khởi động Wincc
2. Tạo một Project mới
3. Bổ xung thiết bị PLC
4. Định nghĩa các Tag sử dụng
5. Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng
6. Cài đặt thông số cho Runtime
7. Chạy chương trình Active
8. Sử dụng chương trình mô phỏng Wincc Variable Simulator
2.2.1. Cách tạo ra một dự án mới (Project)
21
Để tạo một Project mới, trên thanh
công cụ chọn “File” → chọn “New”.
Hộp thoại “WinCC Explorer” xuất
hiện chúng ta có thể tạo một dự án
kiểu:
Single_User Project: tạo một dự án
một người dùng
Multi_User Project: tạo một dự án
nhiều người dùng
Multi_Client Project: tạo một dự án
nhiều trạm tớ

Open an Existing Project: mở một dự
án đã có sẵn
Sau khi đã chọn xong ta nhấp vào nút OK thì hộp thoại Create a New Project xuất
hiện. Tại đây có các nhãn sau:
+ Project Name: Đánh tên của
dự án cần xây dựng (*.MCP).
+ New Sub Folder: Hệ thống
sẽ tự động tạo ra một thư mục
chứa dự án (Tên thư mục trùng
tên của dự án).
+ Project Path: Chỉ đường dẫn
của dự án.
+ Folder: Tạo ra thư mục chứa
dự án.
+ Drive: Lựa chọn ổ đĩa lưu
trữ dự án
2.2.2. Định vị thuộc tính cho dự án
Kích phải chuột vào CauTruc chọn Propertise trong menu. Khi đó xuất hiện hộp
thoại sau.
22
Thuộc tính đề án được chia làm 3 mức sau:
- General information: Chứa một vài thông tin cần thiết khi đề án được tạo
- Update Cycle: Chứa các chu kì thu thập của hệ thống
- Hot Keys: Tạ quyền truy cập cho hệ thống (Cài đặt Password)
2.2.3. Các thành phần chính của cửa sổ dự án
- Máy tính (Computer): Quản lý tất cả các trạm (WorkStation) và trạm chủ
(Server) nằm trong Project.
- Quản lý tag (Tag Managerment): Là khu vực quản lý tất cả các kênh, các
quan hệ Logic, các tag (biến) quá trình (Tag process), tag (biến) trung gian trong
PLC (Tag Internal) và nhóm các nhóm tag (Tag Groups).

- Loại dữ liệu (Data Types): Chứa các loại dữ liệu được gán cho các Tag và
các kênh khác nhau.
- Các trình soạn thảo Editor():
Các trình soạn thảo được liệt kê trong vùng này dùng để soạn thảo và điều khiển
một dự án hoàn chỉnh bao gồm:
+ Graphics System (Graphics Designer) dùng để thiết kế các giao diện hình ảnh
+ Global Scrips dùng hiển thị động cho các yêu cầu đặc biệt
+ Các Message System như cảnh báo (Alarm Logging)
+ Thu thập và lưu trữ các giá trị đo (Tag Logging)
+ Hệ thống báo cáo (Report Designer)
23
+ Quyền sử dụng (User Administration) và các Text library.
Tất cả các Modul này đều thuộc hệ thống WinCC nhưng nếu không cần thiết thì
không nhất thiết phải cài đặt hết.
a) Cấu trúc của “Computer”:
Đây là thành phần để ta phân chia các công việc, cài đặt thông số và chạy các
ứng dụng khác nhau khi hệ thống chạy Run-time. Gồm các Tab sau khi bấm vào
Propertise trong pop-up menu ở Computer
+ General infomation: Thông tin chung về tên máy, dạng máy
+ Start up: Khởi động lúc chạy Run-time
+ Lựa chọn các thông số: Quy định cách thức làm việc cho các ứng dụng
khác nhau của hệ điều hành trong lúc hệ thống chạy Run-time
+ Graphic Run-time: Cài đặt các thông số cho trang đồ hoạ
b) Cấu trúc của “Tag Management”
Tại đây thì tất cả các kênh truyền, các kết nối Logic, việc tạo ra các Tag và
nhóm Tag đều được quản lý tại đây.
 Tag và Tag Group
Trong phần mềm WinCC có một khái niệm đặc biệt quan trọng mà chúng ta
cần phải nắm vững khi xây dựng một hệ thống điều khiển giám sát bằng WinCC đó
là khái niệm về Tag và Tag Group. Tag thực ra là một thành phần trung gian cho

việc truy nhập các giá trị quá trình.
Trong một project thì Tag chỉ mang một tên duy nhất và một loại dữ liệu.
WinCC Tag được gán bởi các mối quan hệ Logic, cái mối liên hệ được định rõ bởi
kênh phân phối các giá trị quá trình tới các Tags sử dụng tại các điểm nối. WinCC
Tags chứa trong một cơ sở dữ liệu của một project rộng. Sau khi chạy WinCC tất cả
các Tag đều được tải vào và tương ứng với cấu trúc Run-time được dựng lên.
 External Tags: Còn gọi là tag ngoài (miền nhớ bên ngoài), loại này chỉ sử
dụng khi ta kết nối với các phần cứng, các thiết bị ngoại vi.
 Internal Tags: Còn gọi là tag trong, loại này được sử dụng khi ta không liên
kết với phần cứng (PLC).
 Message frame Tags: Về hình thức thì nó cũng là một dạng của External
Tags, nó chỉ khác là được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu xử lý tốc độ nhanh
hoặc thu thập dữ liệu dưới dạng khối trong PLC
 Tag Group dùng để tổ chức các Tag thành các cấu trúc. Tất cả các Tag đều
có thể được tổ chức trong các nhóm Tag để tăng sự rõ ràng của project. WinCC Tag
24
mô tả một dạng dữ liệu thành phần duy nhất trong một project và những luật cho
phép truy cập dữ liệu này.
 Định nghĩa thuộc tính của Tags: Được phân làm hai mức (kích phải vào
Tag và chỉ vào Propertise trong menu pop - up)
 General information (Thông tin chung): Dùng để đặt tên, dạng dữ liệu hay
lựa chọn địa chỉ cho Tags
 Limits/Reporting: Đặt các giới hạn phục vụ việc in ấn, thông báo
 Kết nối Tags với PLC: Chỉ thực hiện đối với loại External Tags
Sơ đồ khối đối với sự kết nối
 Lựa chọn Drive thích hợp cho việc kết nối (Kích phải chuột vào Tag
management và chọn Add New Driver), để thực hiện kết nối với PLC S7 ta chọn
Drive: Simatic S7 Protocol Suite.CHN
 Lựa chọn kênh truyền (Chanel Units) trong Driver đã tạo để thực hiện kết
nối Logic (Mỗi Driver có thể có rất nhiều dạng kênh truyền). Quá trình kết nối

Logic bao gồm cả việc chọn thứ tự PLC (trong trường hợp kết nối nhiều PLC).
c) Tạo Internal Tag
Nếu trên cây thư mục “Tag Management”
vẫn bị đóng trước đó chúng ta hãy kích
đúp chuột vào nó để mở ra .
Sau đó kích chuột phải “Internal Tag”,
trên menu thả xuống chọn “New Tag”.
25