Bài tập lớn-Tự động hóa quá trình công nghệ-HaUI

LỜI MỞ ĐẦU
Chương I Tổng quan về công nghệ và quá trình sản xuất gạch không nung
1.1

Tìm hiểu về công nghệ sản xuất gạch không nung
a. Khái niệm gạch không nung: Gạch không nung là một loại gạch mà sau
nguyên công định hình, không phải sử dụng nhiệt để nung nóng đỏ viện
gạch nhắm tăng độ bền của viên gạch. Độ bền của viên gạch không nung
được gia tăng nhờ lực ép vào viện gạch và thành phần kết dính của chúng.
b. Thành phần chủ yếu của gạch không nung bao gồm: đá mạt, cát, xi
măng, nước.
- Đá mạt: Đá mạt của gạch không nung được lựa chọn sạch không lẫn đất,
hạt đá phải nhỏ mịn nhiều bột (hạt <3mm, có tỷ lệ bột >35%), mạt đá có
thành phần trong gạch chiếm 60 %.
- Xi măng: có thành phần trong đá khoảng 10%.
- Nước: có tỷ lệ hợp lý để đạt độ kết dính và không dích tạp chất bẩn.
- Cát: là loại cát sạch không chứa tạp chất như đất, có độ mịn cao (hạt
<=3mm) , thành phần cát có trong gạch 30%.
c. Ưu điểm của gạch không nung so với gạch nung đất sét
- Nguyên liệu sản xuất là xi măng và mạt đá không sử dụng tài nguyên đất
sét ruộng. để sản xuất ra 40 tỷ viên gạch đất sét nung theo nhu cầu từ nay
đến năm 2020 ước tính phải tiêu tốn 600 triệu m3 đất sét, tương đương
30 nghìn hét ta(ha) đất canh tác, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh
lương thực của Việt Nam.
- Giảm tiêu thụ năng lượng từ 70 – 80% so với sản xuất gạch đất sét nung,
viên gạch không nung không dùng than củi để nung gạch nên cũng không
thải các khí Cox, SOx, NOx độc hại gây ôi nhiễm môi trường.
- Sản phẩm gạch không nung có hình dạng phong phú hơn các mẫu gạch
đất sét nung truyền thống và có kích thước lớn nhỏ tùy theo yêu cầu thiết
kế, kích thước mỗi viên đồng đều chính xác, vận chuyển thuận tiện, giúp
người thợ xây dựng xây nhanh, tăng năng suất lao động từ 3 – 6 lần so

với gạch đất sét nung, rút ngắn tiến độ thi công công trình. Sản phẩm
gạch không nung nói cách khác chính là bước đột phá trong công nghiệp
hóa, hiện đại hóa ngành xây dựng
- Viên gạch không nung có dạng khối Block do nguyên công ép rung tạo
hình và đóng rắn tự nhiên, cường độ kháng nén cao, bề mặt nhẵn, do đó
sử dụng vữa xây, trát rất ít, tiếp kiệm chi phí, giảm giá thành xây dựng,
tuổi thọ công trình cao, chịu đựng tốt các điều kiện khắc nghiệt.
- Tính năng cách âm, cách nhiệt, chống thấm cao. Vào mùa hè giảm truyền
nhiệt từ bên ngoài vào, mùa đông giảm tổn thất nhiệt trong nhà, vì thế


d.

căn nhà của bạn sẽ mát vào mùa hè, ấm vào mùa đông, tiếp kiệm năng
lượng.
- Quy trình sản xuất tự động hóa cao, môi trường lao động an toàn, không
có hiện tượng cháy lò khi có nhiệt độ ngoài trời quá cao như sản xuất
gạch đất sét nung truyền thống.
- Gạch không nung là vật liệu xây dựng các công trình xanh, than thiện
môi trường sinh thái. Qua phân tích so sánh tính ưu việt của vật liệu xây
dựng không nung so với gạch đất sét nung cho thấy việc phát triển đầu tư
sản xuất và sử dụng gạch không nung là xu hướng tất yếu của ngành
công nghiệp vật liệu xây dựng việt nam hiện đại và bền vững.
Quy trình sản xuất gạch không nung
Sơ đồ khối quy trình sản xuất gạch không nung:

Quy trình sản xuất:


-

-

-

-

-

-

-

-

Cấp nguyên liệu: gồm các phễu chứa liệu, băng tải liệu, cân định lượng,
bộ phận cài đặt phối liệu. Sau khi nguyên liệu được cấp đầy vào các phễu
(bằng máy xúc), nguyên liệu được cấp theo công thức phối trộn đã cài đặt
( cấp phối bê tông).
máy trộn nguyên liệu: mạt đá (cốt liệu), cát, nước và xi măng được tự
động đưa vào máy trộn tự động theo quy định cấp phối. Sau đó, hỗn hợp
nguyên liệu được trộn ngấu đều theo thời gian được cài đặt. Hỗn hợp sau
phối trộn được tự động đưa vào ngăn phân chia nguyên liệu ở khu vực
máy tạo hình ( hay máy ép tạo Block) nhờ hệ thống băng tải.
Khu vực chứa khay (hay palet) cấp palet làm đế đỡ phía dưới trong quá
trình ép và chuyển gạch thành phẩm ra khỏi dây truyền. Khay (palet) này
có thể làm bằng nhựa ổng hợp hày gỗ ép, trong quá trình làm việc chịu
được lực nén và rung động lớn.
Máy ép tự động tạo hình: nhờ vào hệ thống thủy lực, máy hoạt động theo
cơ chế ép kết hợp với rung tạo ra lực rung ép rất lớn để hình thành lên

viên gạch Block đồng đều, đạt chất lượng cao và ổn định. Cùng với việc
phối trộn nguyên liệu, bộ phận tạo hình nhờ ép rung này là hai yếu tố vô
cùng quan trọng để tạo ra sản phẩm theo ý muốn.
Tự động ép mặt – máy cấp màu: đây là bộ phận giúp tạo màu bề mặt cho
gạch tự chèn. Chỉ cần thiết khi sản xuất gạch tự chèn, gạch trang trí có
màu sắc.
Tự động chuyển gạch: Dây là máy tự động chuyển và xếp từng khay
gạch vào vị trí định trước một cách tự động. nhờ đó mà ta có thể chuyển
gạch vừa sản xuất ra để dưỡng hộ hoặc tự động chuyển vào máy sấy tùy
thei mô hình sản xuất.
Gạch được dưỡng hộ sơ bộ khoảng 1 – 1,5 ngày trong nhà xưởng có mái
che, sau đó chuyển ra khu vực kho bãi thành phẩm tiếp tục dưỡng hộ một
thời gian (từ 10 đến 28 ngày tùy theo yêu cầu) và đóng gói, dán nhãn mác
xuất xưởng.

Một số hình ảnh gạch sản xuất thành phẩm sử dụng được:


1.2

dây chuyền sản xuất gạch không nung
Hiện nay trên thế giới có nhiều nhà sản xuất dây chuyền tạo hình viên gạch
không nung, tùy theo tiêu chuẩn gạch của mỗi nước mà các thiết bị phù hợp cả
về hình dáng, kích thước và độ bền của viên gạch. Ngoài ra thiết bị dây chuyền
này còn phụ thuộc vào các chất liệu tạo nên viên gạch tại địa phương nơi chúng
ta lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy gạch không nung.


Sau đây là sơ đồ dây chuyền gạch không nung:

a.

Thiết bị đong định lượng tự động
Bao gồm 3 phễu để đong và có băng tải đưa xuống máy trộn khi các
phễu đã đong đủ các thành phần cần đưa vào trộn.

Hình: phễu đong PL1200Y
Bảng thông số của thiết bị đong PL1200Y:
Chủng loại
Thể tích thùng chứa liệu đã đong
Thể tích phễu chứa liệu chưa đong
Năng lực sản xuất theo giờ
Độ chính xác định lượng

PL1200-3
1.2m3
3*4m3
72m3/h
± 2%


Trọng lượng có thể đong lớn nhất
Số chủng loại vật liệu đong
Chiều cao chất tải
Kiểu đong định lượng
Kiểu tháo liệu
Công xuất điện
Kích thước bên ngoài(D*R*C)
Tổng trọng lượng
b.

2000kg
3 loại
2500mm
Đong bằng hệ thống cửa điện
Tháo liệu bằng hệ thống cửa điện
10.6 KW
8650*2000*2900
4000kg

Thiết bị đảo trộn nguyên liệu
Máy đảo trộn khi nguyên vất liệu mạt đá, cát, xi măng được đưa
vào sẽ được đảo trộn khô và sau một thời gian định trước sẽ phun
nước vào với định lượng được định trước.

Hình: máy trộn JS500

Bảng thông số máy trộn JS500:
Chủng loại
Thể tích thùng trộn liệu
Thể tích đưa vào trộn lớn nhất
Năng lực tình theo giờ
Cỡ thước hạt lớn nhất của vật liệu trộn

JS500
800L
500L
≥25m3/h
80/60 mm sỏi /đá dăm

c.

Trục và cánh Tốc độ quay trục trộn 30.5 r/min
trộn
Số lượng cánh trộn
2*7 cánh
Động cơ gầu Loại
YEZ132S-4-4B5
nâng
Công xuất điện
5.5 KW
Động cơ
Loại
Y220M-4
phần trộn
Công xuất điện
18.5KW
Động cơ bơm Loại
50DWB20-8A
nước
Công xuất điện
0.75KW
Kích thước bên ngoài(D*R*C)
3220*3050*2100
Độ cao xả vữa
1500mm, 2700mm, 3800mm
Tổng trọng lượng
4000KG
Máy ép gạch không nung

Máy ép định hình viên gạch với lực ép có đơn vị kg/m2. Đây là
thiết bị tạo hình viên gạch có tính chất quyết định đến chất lượng, giá
thành và năng suất tạo hình viên gạch của máy dạng gạch này

Hình: máy ép gạch không nung QTY6-15
Bảng thông số máy ép gạch không nung QTY6-15:
Loại khuôn một lần ép

6 viên/khuôn với kích thước gạch
(390x190x190mm)
15 viên/khuôn với kích thước gạch
(240x115x190mm)
30 viên/khuôn với kích thước gạch
(238x115x90mm)
21 viên/khuôn với kích thước gạch


d.

1.3

(200x100x60)
Số lượng sản xuất trong 1 ca
11000 viên với kích thước gạch
(390x190x190mm)
28000 viên với kích thước gạch
(240x115x190mm)
57000 viên với kích thước gạch
(238x115x51mm)
30000 viên với kích thước gạch

(200x100x60)
Sản xuất trong một năm
98 ngàn m3 với gạch có kích thước
(390x190x190)
Một lần ép
15 giây – 20 giây
Kích thước máy
9680x2800x2800
Công suất điện lắp đặt
60.9 kW
Trọng lượng
8.5 tấn
Lực ép dung
60 KN
Kích thước pa lét
850x680x835 mm
Công suất động cơ chính
30 KW
Băng tải chuyển gạch ra từ vị trí máy ép
Băng tải chuyển gạch là loại băng tải mắt xích chuyển ra vị trí xe nâng
để nâng ra ngoài vị trí chứa và xếp gạch.

Yêu cầu về tự động hóa và xu hướng phát triển
a. Yêu cầu về tự động hóa
- Dây chuyền có khả năng tự động hóa cao, quy mô sản xuất công nghiệp,
sử dụng ít nhân công phục vụ trong dây chuyền.
- Dây chuyền phải đạt trên 85% tự động hóa.
- Tỷ lệ thành phẩm đạt chất lượng sau khi nén ép cao, sai số kích thước sản
phẩm không đáng kể.
- Dây chuyền hoạt động ổn định không sảy ra lỗi và hoạt động một cách

liên hoàn.


Gạch sản xuất ra đảm bảo yêu cầu và tiêu chuẩn kích thước, mẫu mã đẹp
và độ bền cao.
- Dây chuyền có khả năng sản xuất được đa dạng nhiều loại sản phẩm trên
cùng một dây chuyền, chỉ cần thay đổi khuôn mẫu.
- Giá thành sản phẩm rẻ hơn so với sản xuất thủ công truyền thống.
Xu hướng phát triển
- Cần hoàn thiện dây chuyển có khả năng tự động hóa 100% từ việc ghềnh
phế liệu cho đến công đoạn đong đo, chộn phối liệu đến ép thành phẩm
và phân loại thành phẩm lỗi và sếp thành phẩm.
- Một dây chuyền sản xuất chỉ cần 1 đến 2 nhân công trong một dây
chuyền nhưng năng suất cao.
- Có hệ thống giám sát dây chuyền thông minh.
-

b.

Chương II Cấu trúc của hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất
2.1 Cấu trúc cơ bản của 1 hệ thu thập dữ liệu điều khiển

Hình 2.1 Các thành phần cơ bản của 1 hệ giám sát
Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao diện giữa các thiết bị
điều khiển với quá trình kỹ thuật. Trong khi đó hệ thống điều khiển giám sát đóng
vai trò giao diện giữa người vận hành và máy. Các thiêt bị có thể được ghé nối
trực tiếp điểm-điểm,hoặc thông qua mạng truyền thông...Hệ thống điều khiển và
giám sát bao gồm các thành phần chức năng chính:

-

Hệ thống điều khiển và giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người
máy,các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành...
Thiết bị điều khiển:Gồm các bộ điều khiển chuyên dụng,bộ điều khiển khả
trình PLC..
Cảm biến và chấp hành: Các sensor,cơ cấu chấp hành, ghép nối
vào/ra,chuyển đổi tín hiệu.
Quá trình kỹ thuật: thực hiện yêu cầu công việc theo đúng yêu cầu mà đã lập
trình

2.2 Các loại cấu trúc điều khiển
2.2.1 Điều khiển tập trung với vào/ra tập trung
Một máy tính duy nhất được điều khiển toàn bộ quá trình kỹ thuật. Máy tính
điều khiển tập trung thông thường được đặt tại phòng điều khiển trung tâm,cách xa
hiện trường. Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp,điểmđiểm với máy tính điều khiển trung tâm qua các cổng vào,ra của nó.
Cấu trúc điều khiển tập trung thường thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa
quy mô vừa và nhỏ,điều khiển các loại máy móc bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và
giá thành 1 lần cho máy tính điều khiển.



Ưu điểm: tập trung toàn bộ “Trí tuệ”,tức chức năng xử lý thông tin trong
một thiết bị điều khiển duy nhất.
Nhược điểm:
- Công việc nối dây phức tạp,giá thành cao.
- Việc mở rộng hệ thống gặp khó khan.
- Độ tin cậy kém.
- Số lượng các cáp nối,giá thành cao cho dây dẫn và công thiết kế, lắp
đặt.

- Phương pháp truyền dẫn tín hiệu thông thường giữa các thiết bị
trường và thiết bị điều khiển dễ chịu ảnh hưởng của nhiễu gây sai số
lớn.


Hình 2.2:Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung

2.2.2 Điều khiển tập trung với vào/ra phân tán
Giải pháp sử dụng các hệ điều khiển phân tán với cấu trúc vào /ra phân tán và các
thiết bị trường thông minh chính là xu hướng trong xây dựng các hệ thống điều
khiển và giám sát hiện đại.


Ưu điểm:
- Tiết kiệm dây dẫn và công đi dây,nối dây.
- Giảm kích thước hộp điều khiển.
- Tăng độ linh hoạt hệ thống.
- Thiết kế và bảo trì dễ.
- Khả năng chuẩn đoán tốt.
- Tăng độ tin cậy hệ thống.


Hình 2.3:Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra phân tán
2.2.3 Điều khiển phân tán với vào/ra tập trung
Các máy tính điều khiển cục bộ thường được đặc rải rác tại các phòng điều
khiển/phòng điện của từng phân đoạn,phân xưởng. Các phân đoạn có sự liên hệ với
nhau,vì vậy điều khiển quá trình tổng hợp cần có sự điều khiển phối hợp giữa các
máy tính . các máy được nối với nhau và nối với một hoặc nhiều máy tính giám sát
trung tâm qua bus hệ thống.


Ưu điểm: độ linh hoạt cao hơn so với cấu trúc tập trung. Hiệu năng cũng
như độ tin cậy tổng thể của hệ thống được nâng cao nhờ sự phân tán chức
năng xuống các cấp dưới.

Hình 2.4:Cấu trúc điều khiển phân tán với vào/ra tập trung
2.2.4 Điều khiển phân tán với vào/ra phân tán
Sử dụng các hệ điều khiển phân tán với cấu trúc vào /ra phân tán và các thiết bị
trường thông minh chính là xu hướng trong xây dựng các hệ thống điều khiển giám
sát hiện đại.


Hình 2.5: Cấu trúc điều khiển phân tán với vào ra phân tán
2.2.5 Điều khiển phân tán với vào/ra phân tán


Ưu điểm: Đội tin cậy cao,tính năng mở và độ linh hoạt cao thì yếu tố kinh tế
cũng đóng vai trò quan trọng.Việc phân tán chức năng xử lý thông tin, chức
năng điều khiển là tiền đề cho kiến trúc trí tuệ phân tán trong tương lai.


KL: Ở đề tài :công nghệ và sản xuất gạch không nung nhóm em lựa
chọn cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra phân tán.
2.3 Các hệ đảm bảo
-

Các hệ con đảm bảo là các hệ con cơ bản mà bất cứ hệ thống ĐK TĐH
QTCN nào cũng phải có để đảm bảo cho hoạt động bình thường. Có 3 hệ
con đảm bảo là:
• Đảm bảo thông tin.

• Đảm bảo toán học.
• Đảm bảo kỹ thuật.

Có thể coi đảm bảo thông tin và đảm bảo toán học là phần mềm của hệ và
đảm bảo kỹ thuật là phần cứng của hệ.

2.3.1 Đảm bảo thông tin:


Cấu Tạo Của Đả Bảo Thông Tin:

Trong hệ ĐK TĐH QTCN con người căn cứ vào thông tin thu nhận được (đã qua
máy xử lý) để quyết định các phương pháp điều khiển. Độ chính xác của các quyết


định phụ thuộc vào độ chính xác của thông tin. Các thông tin phải phản ánh đúng
các thông số trạng thái của các đối tượng bị điều khiển hay không.
Vậy đảm bảo thông tin được hiểu là: hệ thống phản ánh quá trình sản xuất, là hệ
thống các mô hình thông tin dùng để mô tả cách hình thức quá trìn sản xuất.
Hiểu theo nghĩa hẹp đảm bảo thông tin bao gồm các phần sau đây:
-

Hệ thống phân loại, đánh dấu,đặt tên các phần tử, các đối tượng điều khiển.
Hệ thống định mức ,các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Tổ chức lưu giữ,gia công,xử lý, hiệu chỉnh thông tin.

Như vậy: Đảm bảo thông tin là bước đầu tiên của quá trình xử lý thông tin trong hệ
ĐK TĐH QTCN.


Mô Hình Đảm Bảo Thông Tin:

Định nghĩa: Mô hình thông tin là sự mô tả hình thức quá trình tổ chức và xử lý
thông tin.
Ở mức độ đơn giản, mô hình thông tin là các bảng thống kê, các ghi chép về các
chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật, các định mức về vật tư, lao động.
Mô hình thông tin dạng ma trận là 1 ma trận phản ánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
và quan hệ giữa chúng nên loại mô hình này được dùng rộng rãi.
Yêu cầu đối với mô hình thông tin là phải rõ ràng, thuận tiện cho sử dụng, có tính
thống nhất và tiêu chuẩn hóa để có thể dùng cho các phương tiện tính toán khác
nhau.
2.3.2 Đảm Bảo Toán Học:


Cấu Trúc Của Đảm Bảo Toán Học:
- Các mô hình toán.
- Các thuật toán: các phương pháp giải các bài toán điều khiển.
- Các chương trình:xử lý,tính toán các dữ liệu với mô hình và thuật
toán đã chọn.

Như vậy: các mô hình toán học và thuật toán dùng để xây dựng hệ thống, còn
chương trình tính toán để vận hành hệ thống. Ngày nay có nhiều ngôn ngữ dùng để
lập trình, việc chọn ngôn ngữ nào và kỹ thuật lập trình ra sao ảnh hưởng rất lớn
đến tốc độ tính và kết quả tính.
a.

Mô Hình Toán


Hiện nay người ta sử dụng nhiều loại mô hình toán học, thường dùng các loại mô

hình sau:
Mô hình quy hoạch (tuyến tính, không tuyến tính).
Mô hình mô phỏng (mô hình trạng thái, mô hình phục vụ đám đông).
Mô hình trò chơi.
Mô hình thực nghiệm.
Các thuật toán
-

b.

Mô hình toán học tuy rất quan trọng nhưng chỉ mới là cấu trúc hình thức của việc
xử lý thông tin chứ chưa phải là quá trình xử lý theo không gian và thời gian. Giải
quyết vấn đề này là nhiệm vụ của đảm bảo thuật toán, có nghĩa là trên cơ sở mô
hình toán học đã chọn phải xây dựng được các thủ tục, các phương pháp giải để
cho kết quả chính xác thời gian tính toán ngắn,ít tốn bộ nhớ , thuật toán có tác
dụng lớn trong việc giải quyết các bài toán điều khiển.
c.

Chương Trình Tính Toán:

Chương trình tính toán thể hiện mô hình tính toán và thuật toán đã chọn. chương
trình tính toán phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình và loại máy tính. Các ngôn ngữ
lập trình hiện nay thường là PASCAL, C++ và nhiều ngôn ngữ lập trình chuyên
dụng khác. Về thực chất các ngôn ngữ loại này là tập hợp của nhiều chương trình
con, người sử dụng chỉ cần khai báo các thông số cần thiết, còn thuật toán , biểu
diễn kết quả dưới dạng bảng số, đồ họa... đều do các chương trình con đảm nhận.
tùy thuộc vào đặc điểm công nghệ và yêu cầu của bài toán đặt ra mà người điều
khiển xây dựng ct con phù hợp.
d.

Đảm Bảo Kỹ Thuật

Đảm bảo kỹ thuật bao gồm các thiết bị kỹ thuật dùng để chọn lọc, truyền đạt, xử
lý, cất giữ và phản ánh thông tin trong hệ điều khiển.
Bao gồm: các terminals, các hệ thống truyền tin, các trung tâm tính toán.
2.4 Các Hệ Con Chức Năng
Định nghĩa: là một hình thái hoạt động của hệ, là tập hợp các giải pháp điều khiển
của một phần tử hoặc một hoạt động của hệ.
Vậy việc phân định chức năng của hệ chỉ là tương đối và phụ thuộc vào mục đích
điều khiển và xử lý tin trong hệ,đồng thời gắn chặt với QTCN cụ thể.
Mỗi một hệ con đều có thiết bị kỹ thuật – phần cứng của hệ- là các máy tính, các
thiết bị truyền tin, ghép nối, thiết bị vào ra, đồng thời có phần mềm tương ứngĐảm bảo thông tin và đảm bảo toán học phù hợp với đặc điểm của từng hệ con.


2.5 Phân Cấp Quản Lý Trong Hệ Thống Điều Khiển

-

Cấp

0:
(Individual
control) là
cấp
tiếp xúc
giữa
hệ điều
khiển và
QTCN. Ở
đây

có các cảm
biến, các
thiết
bị đo dùng
để thu nhận các tin tức từ QTCN. Ở cấp này có các cơ cấu chấp hành, rơ le,
động cơ, van, các xilanh,... dùng để nhận thông tin điều khiển và chấp hành
các lệnh điều khiển.
- Cấp 1 (local control) là cấp điều khiển cục bộ. Thực hiện việc điều khiển
từng máy,từng bộ phận của QTCN. Các hệ thống điều khiển tự động nhận
thông tin của QTCN ở cấp 0 và thực hiện các thao tác tự động theo chương
trình con của người đã cài đặt sẵn. Một số thông tin về QTCN và kết quả
của việc điều khiển sẽ được chuyển lên cấp 2.Ở cấp này thường đặt các bộ
điều khiển PID, các controller,hiện nay phổ biến dùng các bộ điều khiển lập
trình được PLC.
- Cấp 2 là cấp điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ( Process Control).
ở cấp 2 có các máy tinh hoặc mạng máy tính. MT thu nhận các thông về
QTCN(từ cấp 1 đưa lên) xử lý các thông tin đó và trao đổi thông tin với
người điều khiển. Thông quá MT, người điều khiển có thể can thiệp vào quá
trình công nghệ, hệ điều khiển ở đây thuộc hệ người- máy.
- Cấp 3 là cấp điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất-ĐK
TĐHQTSX(Supervisory Control, Management system). Ở cấp 3 có các
trung tâm máy tính. ở đây không những xử lý các thông tin về quá trình sản
xuất như: Tình hình cung ứng vật tư, nguyên liệu, tài chính, lực lượng lao
động, tình hình cung cầu trên thị trường. Trung tâm máy tính xử lý một khối
lượng thông tin lớn và đưa ra những giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa
chọn. Người điều có thể ra các lệnh để can thiệp sâu vào quá trình sản xuất


thậm chí thay đổi mục tiêu của q trình sản xuất. Giống như hệ ĐK TĐH
QTCN( ở cấp 2) hệ thống ĐK TĐH QTSX là một hệ người-máy nhưng ở

cấp cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn.

Chương III Thiết bị kĩ thuật của hệ tự động hóa q trình sản xuất
3.1 Thiết bị điều khiển giám sát
Khối thiết bị điều khiển giám sát là khối điều khiển PLC do hãng MITSUBISHI và
được lựa chọn là PLC FX2N do hãng MITSUBISHI chế tạo và sản xuất.
Bộ PLC được kết nối với máy tính đặt tại phòng để giám sát hệ thống
3.1.1

Tổng quan về PLC
1. Lịch sử ra đời và phát triển của PLC

Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công
nghiệp. Ngày nay, ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những
tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của những ngành khác như
điện tử, tin học… Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh
và có khả năng phục vụ rộng là bộ điều khiển PLC.
Khái niệm bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng
General Motors vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp
ứng những yêu cầu điều khiển như sau :
● Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong các
nhà máy công nghiệp.
● Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa.
● Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công
nghiệp.
● Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phải có kích thước nhỏ gọn hơn mạch role
mà chức năng vẫn tương đương.
● Giá cả cạnh tranh.
Những chỉ tiêu này đã tạo được sự quan tâm của những kỹ sư thuộc nhiều
ngành nghiên cứu khả năng ứng dụng PLC trong công nghiệp. Các kết quả

nghiên cứu đã đưa ra thêm một số các chỉ tiêu cần phải có trong chức năng
của PLC :
- Về phần mềm :
Từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ đònh
thì, tác vụ đếm. Sau đó là các lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử
lý xung ở tốc độ cao, tính toán số liệu thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã
vạch…


Về phần cứng :
● Bộ nhớ lớn hơn.
● Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn.
● Nhiều loại module chuyên dùng hơn.
Đến năm 1976 thì PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa
bằng kỹ thuật truyền thông ( khoảng 200 mét ).
Sự gia tăng những ứng dụng của PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các
nhà sản xuất hoàn chỉnh kỹ thuật của các họ PLC với mức độ khác nhau về
khả năng tốc độ xử lý và hiệu suất.
Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào / ra và
dung lượng bộ nhớ chương trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấu
trúc module nhằm làm dễ dàng hơn cho việc mở rộng thêm chức năng chuyên
dùng như :
● Xử lý tín hiệu liên tục.
● Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước.
● Truyền thông.
● Bộ nhớ mở rộng.
Với cấu trúc module cho phép mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều
khiển PLC với chi phí và công sức thấp nhất.
Riêng nước ta, hàng rào thuế quan khu vực đang dần dần được loại bỏ,
kinh tế mở cửa hợp tác với nước ngoài. Trước tình hình đó, nền công nghiệp

sẽ gặp không ít khó khăn vì còn khá nhiều dây chuyền công nghệ lạc hậu.
Nhà nước cần phải chú trọng đến những ứng dụng và phát triển của tự động
trong sản xuất công nghiệp, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm,
cũng như giá thành sản phẩm hạ. Một trong những phương án tốt nhất và
được sử dụng rộng rãi ngày nay là thay thế những công nghệ cũ bằng những
hệ thống điều khiển tự động dùng PLC.
2. Khái qt về bộ lập trình PLC
Trong kỹ thuật tự động, điều khiển được chia làm hai loại : điều
khiển bằng dây nối, và điều khiển bằng bộ lập trình PLC.
a. Điều khiển bằng dây nối :
Các bộ điều khiển được gọi là bộ điều khiển dây nối nếu các
phần tử chuyển mạch của nó được nối với nhau bằng dây dẫn cố đònh
một cách vónh viễn.
VD : mạch điều khiển sau
-


Trong ký hiệu trên, đó là bộ điều khiển bằng dây nối dùng để nối kết
các nút nhấn và các phần tử chuyển mạch là các tiếp điểm với nhau
bằng dây dẫn song song hoặc nối tiếp. Các công tắc và tiếp điểm được
sắp xếp với nhau khi ta đã biết rõ chức năng mà bộ điều khiển cần thực
hiện, tức phải biết rõ sơ đồ nguyên lý và vò trí khi tiến hành đấu dây.
Mặt khác, khi muốn thay đổi chức năng của bộ điều khiển ta phải thay
đổi lại cấu trúc cũng như sơ đồ đấu dây. Đối với những mạch điện lớn
phức tạp thì sự đấu dây trở nên rất khó khăn và dễ bò sai sót. Ngoài ra
trong cách dùng này cần tốn nhiều linh kiện như : role trung gian, role
thời gian, bộ đếm…
b. Điều khiển dùng PLC :
PLC là từ viết tắt của Programmable Logical Controller ( chương trình
điều khiển tự động có lập trình), chương trình này được lưu trữ trong bộ nhớ

ROM và được nạp vào thông qua máy vi tính cá nhân.
Trong PLC chức năng bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác đònh bởi
một chương trình, chương trình này được nạp vào bộ nhớ PLC. Khi đó PLC sẽ
thực hiện quá trình điều khiển dựa vào chương trình đã được nạp sẵn. Cấu
trúc và sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển không phụ thuộc vào chức năng hay


quá trình hoạt động.
Tất cả các linh kiện cần thiết cho việc thiết kế mạch đều được lập trình
sẵn trong bộ PLC như : sensor, công tắc, nút nhấn, tế bào quang điện, và tất
cả các cơ cấu chấp hành như cuộn dây, đèn tín hiệu, bộ đònh thì, role trung
gian, … đều được nối vào PLC.
Nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ ta chỉ
cần thay đổi chương trình bên trong bộ PLC. Điều này rất tiện ích cho các
kỹ sư thiết kế.
c. Những ưu điểm kỹ thuật của bộ điều khiển PLC :
Chỉ tiêu so sánh
Giá thành
Kích thước vật lý
Tốc độ điều khiển
Khả năng chống nhiễu
Lắp đặt

Rol
e p
Khá thấ
Lớn
Chậm
Rất tốt
Mất

thời
gian thiết kế
và lắp đặt.
Không có

Mạch số
Thấp
Rất gọn
Rất nhanh
Tốt
Mất thời
gian để thiết
kế.
Có

Máy tính
Cao
Khá gọn
Khá nhanh
Khá tốt
Lập
trình
phức tạp và
tốn
thời
Có

PLC
Thấp
Rất gọn

Nhanh
Tốt
Lập trình và
lắp đặt đơn
giản.
Có

Khả năng điều khiển
các tác vụ phức tạp.
Thay đổi, nâng cấp và
Rất khó
Khó
Khá đơn
Rấtù đơn giản
điều khiển.
giả
n
Công tác bảo trì
Kém
Kém
Kém
Tốt
Theo bảng so sánh ta nhận thấy được bộ điều khiển lập trình PLC với
những ưu điểm về phần cứng và phần mềm có thể đáp ứng được hầu hết các
yêu cầu chỉ tiêu trên. Mặt khác, PLC có khả năng kết nối mạng và kết nối
các thiết bò ngoại vi rất cao giúp cho việc điều khiển được dễ dàng.
3. Phạm vi ứng dụng PLC :
Dùng để điều khiển Robot : ví dụ như gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia
công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa vật liệu thiết bò vào băng tải,
thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn…

Ngoài ra, PLC có thể ứng dụng để giám sát các quá trình trong các nhà
máy mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, dây chuyền kiểm tra sản
phẩm… bằng các sensor, công tắc hành trình
3.1.2 Cấu trúc phần cứng PLC họ FX của hãng MITSUBISHI
Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau :


a.

Đơn vò điều khiển trung tâm ( CPU : Central Processing Unit )

Là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình. Nhập dữ liệu
ở ngõ vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian
và các kết quả này được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện
chương trình xuất dữ liệu ra các ngõ ra.
Bộ nhớ (Memory) :
Dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vò nhỏ nhất là bit. Bộ nhớ là
vùng nắm giữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng (hệ điều hành là
một phần mềm hệ thống mà nó kết nối PLC để PLC thực sự hoạt động được).
Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Để PLC có thể hoạt động được, cần
thiết phải có bộ nhớ để lưu trữ chương trình. Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để
thực hiện các chức năng khác như
_ Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất - nhập được
gọi là RAM xuất -nhập.
_ Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : các
bộ đònh thì(Timer), các bộ đếm (Counter), các Rơle.
Bộ nhớ gồm có các loại sau đây :
i. Bộ nhớ chỉ đọc (ROM : Read Only Memory)
ROM không phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ được một
lần. Do đó nó không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC, và nó ít

phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.
ii. Bộ nhớ ghi đọc (RAM : Random Access Memory)
Bộ nhớ của PLC là CMOSRAM, tiêu tốn năng lượng khá ít, và được cấp
pin dự phòng khi mất nguồn. Nhờ đó dữ liệu sẽ không bò mất.
b.


Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM : Erasable
Programmable Read Only Memory)
EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của nó có thể
được xóa đi nếu bò ảnh hưởng của tia tử ngoại. Khi đó phải viết lại chương
trình cho bộ nhớ.
iv. Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được bằng điện
(EEPROM : Electric Erasable Programmable Read Only
Memory)
Nội dung trên EEPROM có thể bò xóa và lập trìng bằng điện, tuy nhiên
chỉ giới hạn một số lần nhất đònh.
iii.

c. Các Module xuất-nhập ( Input – Output ) :

Khối xuất – nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên
trong PLC với mạch ngoài. Module nhập nhận tín hiệu từ sensor và đưa vào
CPU, module xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành.
Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 ÷ 15
VDC, trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn nhiều. Ta có nhiều loại ngõ
ra như : ngõ ra dùng role, ngõ ra dùng transitor, ngõ ra dùng triac.
Hệ thống BUS : là hệ thống tập hợp một số dây dẫn kết nối các
module trong PLC gọi là BUS, đây là tuyến dùng để truyền tín hiệu,
hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song.

3.1.3 Giới thiệu các PLC họ FX family
a. PLC loại FXO & FXOS
Đây là loại PLC có kích thước thật nhỏ gọn, phù hợp với các ứng dụng
với số lượng I/O nhỏ hơn 30 cổng, với việc sử dụng bộ nhớ chương trình
bằng EEPROM cho phép dữ liệu chương trình được lưu lại trong bộ nhớ
khi mất nguồn đột xuất. Dòng FXO được tích hợp sẵn bên trong bộ đếm
tốc độ cao và các bộ tạo ngắt (role trung gian), cho phép xử lý tốt một số
ứng dụng phức tạp.
Nhược điểm của dòng FXO là không có khả năng mở rộng số lượng I/O
được quản lý, không có khả năng nối mạng, không có khả năng kết nối với
các module chuyên dùng, thời gian thực hiện chương trình lâu.
b. PLC loại FXON
FXON sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏ
với số lượng I/O có thể quản lý nằm trong miền 10-128 I/O. FXON thực
chất là bước đệm trung gian giữa FXOS với FXO. PLC FXON có đầy đủ
các đặc trưng cơ bản của dòng FXOS, đồng thời còn có khả năng mở rộng
tham gia nối mạng.
c. PLC loại FX1S
d.


FX1S có khả năng quản lý số lượng I/O trong khoảng 10-34 I/O. Cũng
giống như FXOS, FX1S không có khả năng mở rộng hệ thống. Tuy nhiên,
FX1S được tăng cường thêm một số tính năng đặc biệt như: tăng cường
hiệu năng tính toán, khả năng làm việc với các đầu vào ra tương tự thông
qua các card chuyển đổi, cải thiện tính năng bộ đếm tốc độ cao, tăng
cường 6 đầu vào xử lý, trang bò thêm các chức năng truyền thông trong
mạng (giới hạn số lượng trạm tối đa là 8 trạm) hay giao tiếp với các bộ
HMI đi kèm. FX1S thích hợp với các ứng dụng trong công nghiệp chế biến
gỗ, đóng gói sản phẩm, điều khiển động cơ, máy móc, hay các hệ thống

quản lý môi trường.
d. PLC loại FX1N
i. Giới thiệu:

PLC FX1N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng
đầu vào ra trong khoảng 14-60 I/O. Tuy nhiên khi sử dụng các
module vào ra mở rộng, FX1N có thể tăng cường số lượng I/O lên
tới 128 I/O. FX1N được tăng khả năng truyền thông, nối mạng,
cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau như
Ethernet, Profilebus, cc-Link, Canopen, Devicenet… FX1N có thể
làm việc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ. Đặc
biệt, FX1N được tăng cường chức năng điều khiển vò trí với 6 bộ
đếm tốc độ cao, hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tố
đa là 100KHz. Điều này cho phép các bộ điều khiển lập trình
thuộc dòng FX1N có thể cùng một lúc điều khiển một cách độc
lập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điều khiển vò trí.


Đặc điểm:
- Cơ cấu máy nhỏ gọn, chi phí thấp, module màn hình và khối mở
rộng có hệ thống dễ dàng nâng cấp.
- Vận hành tốc độ cao đối với lệnh cơ bản tốc độ xử lý từ 0,55 đến
0,7µs/lệnh, đối với lệnh ứng dụng tốc độ xử lý từ 3,7 đến vài trăm
µs/lệnh.
- Đặc tính kỹ thuật của bộ nhớchất lượng và phong phú. Bộ nhớ
EEPROM cho phép 8000 bước.
- Dãy thiết bò dụng cụ đa năng như: role phụ trợ 1536 điểm, bộ đệm
thì 256 điểm, bộ đếm 235 điểm, thanh ghi dữ liệu 8000 điểm.
- Những module chức năng đặt biệt: có đến hai dãy mở rộng của
những module chức năng đặc biệt có thể được thêm vào cho những

nhu cầu riêng.
- Dãy mở rộng tự cung cấp điện: Độ biến thiên mở rộng của sự cung
cấp điện AC có thể đáp ứng sự cung cấp điện áp từ bất kỳ nơi nào
trên thế giới (100 đến 240V AC). Sự cung cấp dòng điện DC cũng
được cho phép từ 12 đến 24 V DC.
- Quá trình điều khiển được tăng, sử dụng lệnh PID cho những hệ
thống đòi hỏi sự điều khiển chính xác.
- Khả năng kết nối: Việc thực hiện hoàn chỉnh của những module kết
nối sẽ làm cho thông tin và dữ liệu được cung cấp dễ dàng.
- Dễ dàng lắp đặt: sử dụng thanh DIN hoặc khoảng trống có sẳn.
- Đồng hồ thời gian thực tế: Sử dụng tiêu chuẩn đồng hồ thời gian
thự tế cho những ứng dụng độc lập về thời gian.
- Phần mền cơ bản: chương trình sẽ được chạy nhanh chóng và dể dàng với
phần mềm GX Developer hoặc FX-PCS/WIN-E Software.
- Tác vụ điểm kết nối: Tác vụ tại điểm kết nối riêng biệt khi kết nối một
line, ta có thể liên kết với dữ liệu đã được cung cấp qua hệ thống.
ii.