điều khiển cấp nguyên liệu trạm trộn bê tông PLC

Đồ án học phần 3

1

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
----------

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Nam Định, Ngày......tháng.....năm 2015

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

2

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
----------

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Nam Định, Ngày......tháng.....năm 2015

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

3

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

LỜI CAM ĐOAN

--------

Tôi xin cam đoan những vấn đề tôi trình bày trong nội dung của
đề tài này là nghiên cứa của bản thân tôi. Tôi không sao chép lại từ bất
cứ tài liệu nào, các tài liệu tôi đưa ra ở phần cuối chỉ mang tính chất
tham khảo.
Tôi xin cam đoan tài liệu này chưa được công bố trên bất cứ
phương tiện nào.
Nam Định. Ngày…Tháng…Năm
Sinh viên thực hiện
Phạm Ngọc Hạnh

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

4

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

LỜI NÓI ĐẦU
--------

Trong sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá, ở mọi ngành sản
xuất, mục tiêu nâng cao năng suất lao động, chất lượng sản phẩm và giá trị
kinh tế là muc tiêu quan trọng hàng đầu. Để đạt được mục tiêu trên cần phải
có nhiều biện pháp thích hợp với tong giai đoạn phát triển. Hiện nay, với sự

phát triển nhanh chóng của công nghệ cao, việc ứng dụng các công nghệ điều
khiển tự động vào các quy trình sản xuất là hướng đi tất yếu cho sự phát triển
kinh tế xã hội. Việc ứng dụng công nghệ PLC vào điều khiển tự động các dây
chuyền sản xuất kết hợp với việc ghép nối máy tính đã đem lại kết quả đầy
tính ưu việt. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ứng dụng PLC
ghép nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian xử lý dữ liệu ngắn kể cả
việc thống kê và in ra kết quả. Vì vậy việc ứng dụng PLC vào điều khiển tự
động là vấn đề rất quan trọng trong sản xuất công nghiệp.
Được sự đồng ý của nhà trường, khoa Điện - Điện Tử, với sự hướng
dẫn của thầy giáo Trần Gia Khánh. Chúng em đã nhận đề tài: Thiết kế hệ
thống điều khiển dây chuyền cấp nguyên liệu của trạm trộn bê tông trong
công ty cổ phần xây lắp Nam Định.
Với khả năng và tài liệu thông tin có hạn, thời gian thiết kế không
nhiều chắc chắn còn nhiều thiếu sót rất mong được sự đóng góp ý kiến của
thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nam Định, Ngày 15 tháng 05 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Phạm Ngọc Hạnh
SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

5

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

MỤC LỤC
Lời nói đầu................................................................................................................................4
Phần mở đầu.............................................................................................................................8
1. Lý do chọn đề tài.......................................................................................................................8
2. Mục đích....................................................................................................................................8
3. Nội dung thực hiện....................................................................................................................8
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn..................................................................................................8
5. Hướng phát triển của đề tài.......................................................................................................9
6. Phương pháp thực hiện.............................................................................................................9

Phần nội dung.........................................................................................................................10
Chương 1. Tổng quan về trạm trộn bê tông.......................................................................10
1.1. Tổng quan về kết cấu bê tông..................................................................................................11
1.1.1. Xi măng.............................................................................................................................11
1.1.2. Cát.....................................................................................................................................11
1.1.3. Đá dăm..............................................................................................................................12
1.1.4. Nước..................................................................................................................................12
1.1.5. Phụ gia...............................................................................................................................12
1.2. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông...........................................................................12
1.2.1. Xi măng PC30, đá dăm 10*20, cát vàng: tính cho 1m3 bê tông......................................12
1.2.2. Xi măng PC40, đá dăm 10*20, cát vàng: tính cho 1m3 bê tông......................................13
1.3. Mô hình trạm trộn bê tông.......................................................................................................13
1.4. Trình tự điều khiển...................................................................................................................14

Chương 2. Giới thiệu tổng quát về PLC.............................................................................15
2.1. Khái quát về bộ điều khiển lôgic lập trình...............................................................................15
2.1.1. Hệ thống điều khiển là gì ?...............................................................................................15
2.1.2. Bộ điều khiển logic khả lập trình ( PLC )........................................................................17
2.1.2.2. Cơ cấu chung của hệ thống PLC...................................................................................20

2.2. Khảo sỏt PLC S7-300...............................................................................................................23
2.2.1. Cấu trỳc phần cứng của PLC S7-300...............................................................................23
2.2.2. Cỏc module PLC S7-300..................................................................................................23
2.2.3. Chọn kiểu hoạt động và trạng thỏi đốn............................................................................28
2.2.4. Bộ nhớ:..............................................................................................................................29
2.2.5. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và cỏc module mở rộng:.......................................................31
2.2.6. Cỏc kiểu dữ liệu của PLC S7-300....................................................................................33

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

6

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

2.2.7. Vũng quột chương trỡnh:..................................................................................................33
2.2.8.Ngụn ngữ lập trỡnh............................................................................................................35
2.2.9. Những khối OB đặc biệt...................................................................................................35
2.3. Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC...........................................................37
2.3.1. Xác định quy trình công nghệ..........................................................................................37
2.3.2. Xác định ngõ vào, ngõ ra..................................................................................................37
2.3.3. Viết chương trình..............................................................................................................37
2.3.4. Nạp chương trình vào bộ nhớ...........................................................................................37
2.3.5. Chạy chương trình............................................................................................................37

Chương 3. Các sơ đồ kết nối.................................................................................................38

3.1. Giới thiệu các thiết bị trong sơ đồ............................................................................................38
3.1.1. Công tắc tơ (công tắc hành trình).....................................................................................38
3.1.2.Vớt tải xiờn........................................................................................................................39
3.1.3. Bồn trộn (Thựng trộn chớnh)...........................................................................................40
3.1.4. Động cơ điện.....................................................................................................................41
3.1.5. Giới thiệu loadcell sử dụng trong đồ ỏn này VLC-100...................................................42
3.2. Sơ đồ mạch điện.......................................................................................................................43
3.2.1. Sơ đồ mạch động lực: ......................................................................................................43
3.2.2. Sơ đồ mạch điện điều khiển.............................................................................................44

Chương 4. Chương trình điều khiển trạm trộn bê tông...................................................58
4.1. Yêu cầu công nghệ...................................................................................................................58
4.2. Chọn địa chỉ và gán địa chỉ cho PLC......................................................................................59
4.2.1. Bảng phân công địa chỉ đầu vào......................................................................................59
4.2.2. Bảng phân công địa chỉ đầu ra.........................................................................................60
4.3. Sơ đồ ghép nối PLC: Hình 4.1.................................................................................................61
4.4. Chương trình điều khiển..........................................................................................................62

Kết luận...................................................................................................................................71
Tài liệu tham khảo.................................................................................................................72

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

7

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG
Chương 1. ...............................................................................................................................10
Hình 1.1: Mô hình trạm trộn bê tông.................................................................................11
Bảng 1.1. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông Xi măng PC30..........................12
Bảng 1.2. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông Xi măng PC 40........................13
Hình 1.2: Mô hình trạm trộn bê tông.................................................................................13

Chương 2. ...............................................................................................................................15
Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.........................................................................15
Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC...........................................................................18
Hình 2.3: PLC loại LOGO của SIEMENS........................................................................21
Hình 2.4: PLC gồm các module riêng biệt........................................................................22
Hỡnh 2.5 : Cấu hỡnh một thanh rack của một trạm PLC S7-300.....................................24
Hỡnh 2.6: Một số CPU của PLC S7-300..........................................................................24
Hỡnh 2.7: Một số module mở rộng của PLC S7-300.......................................................28
Hỡnh 2.8: Phõn chia cỏc vựng ụ nhớ trong CPU..............................................................31
Hỡnh 2.9: Nguyờn lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng.......................32
Hỡnh 2.10: Vũng quột chương trỡnh................................................................................34

Chương 3.................................................................................................................................38
Hỡnh 3.1: Cỏc bộ cảm biến cụng tắc.................................................................................38
Hỡnh 3.2: Cỏc cụng tắc giới hạn được vận hành bằng:....................................................39
Hình 3.3: Vít tải xiên..........................................................................................................40
Hỡnh 3.4: Sơ đồ động học của mỏy trộn bờ tụng.............................................................40
Hỡnh 3.5: Loadcell VLC-100 và chi tiết về kết cấu cơ khớ.............................................42
Hình 3.6: Sơ đồ mạch động lực.........................................................................................44
Hình 3.7: Mạch điện điều khiển van xả cát.......................................................................46
Hình 3.9: Mạch điện điều khiển van xả đá 1.....................................................................47

Hình 3.10: Mạch điện điều khiển van xả đá 2...................................................................48
Hình 3.11: Mạch điện điều khiển van xả xi măng trung gian...........................................49
Hình 3.12: Mạch điện điều khiển van xả nước trung gian................................................50
Hình 3.13: Mạch điện điều khiển động cơ băng tải..........................................................51
Hình 3.14: Mạch điện điều khiển động cơ bồn trộn.........................................................51
Hình 3.15: Van xả cốt liệu từ xe kíp xuống bồn trộn........................................................53
Hình 3.16: Mạch điện điều khiển van xả bê tông.............................................................54
Hình 3.17: Mạch điều khiển van xả xi măng....................................................................55
Hình 3.18: Mạch điện điều khiển van xả nước.................................................................56
Hình 3.19: Mạch điện điều khiển động cơ bơm nước.......................................................57

Chương 4. ...............................................................................................................................58
Hình 4.1: Sơ đồ đấu nối PLC.............................................................................................61

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

8

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

Lớp: DS-DTD5

Đồ án học phần 3

9

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Nền kinh tế nước ta đang ngày càng phát triển, nhu cầu về xây dựng cơ
sở hạ tầng ngày càng cao để có thể đáp ứng được đòi hỏi của quá trình công
nghiệp hoá- hiện đại hoá. Để giảm sức lao động của con người trong xây
dựng thì trạm trộn bê tông tự động đã ra đời đáp ứng được nhu cầu của các
công trình xây dựng một cách nhanh chóng và hiệu quả đem lại năng suất cao,
chất lương tốt. Chính vì vậy em chọn đề tài này nhằm giúp em đánh giá được
khả năng tích luỹ kiến thức bấy lâu trong nhà trường, cũng từ đó mà nắm
vững được kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt linh hoạt vào thực tiễn.
2. Mục đích.
Trong quá trình thực hiện đồ án chúng ta phải tìm tòi, trao đổi kiến
thức, tổng hợp nó để vận dụng vào thiết kế sao cho việc thiết kế trạm trộn bê
tông đảm bảo kỹ thuật, phù hợp với yêu cầu thực tế.
3. Nội dung thực hiện.
Phạm vi nội dung đồ án tập trung vào các vấn đề sau:
- Tổng quan về hệ thống trạm trộn bê tông.
- Giới thiệu tổng quát về thiết bị điều khiển PLC.
- Thiết kế sơ đồ mạch điện cho dây chuyền cấp nguyên liệu.
- Lập trình điều khiển cho dây chuyền cấp nguyên liệu của trạm
trộn bê tông.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Ngày nay lĩnh vực tự động hoá và tin học công nghiệp là mũi nhọn của
kỹ thuật hiện đại, nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ

nhiều nhu cầu khác nhau của đời sống và được ứng dụng rất thành công đem
SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

10

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

lại hiệu quả công việc rất cao. Một trong những phương án tốt nhất và được
sử dụng rộng rãi hiện nay là thay thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC. Vì
vậy thiết kế trạm trộn bê tông tự động sử dụng thiết bị lập trình điều khiển
PLC làm nâng cao năng suất, chất lượng của bê tông là một điều tất yếu hiện
nay.
5. Hướng phát triển của đề tài.
Đề tài này cho ta nắm khái quát một hệ thống tự động, tuy nhiên trên
thực tế co nhiều kiểu mô hình trạm trộn, tuỳ theo nhu cầu công việc mà ta
thiết kế cho hợp lý. Từ những kiến thức tiếp thu được qua đề tài này ta có thể
phát triển thành nhiều mô hình khác nhau như trạm trộn Bê tông tươi phân
phối cho các xe đi các công trường có tầm cỡ lớn.
6. Phương pháp thực hiện.
Trong quá trình làm đồ án thường sử dụng những phương pháp sau:
- Phương pháp khảo sát thực tế.
- Phương pháp xử lý tài liệu.

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

11

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
Trong lĩnh vực xây dựng bê tông là một nguyên liệu vô cùng quan
trọng, chất lượng của bê tông có thể đánh giá được chất lượng của toàn bộ
công trình. Do đó việc xác định chính xác khối lượng từng nguyên liệu có
trong thành phần bê tông cũng chính là việc xác định chất lượng của nó. Vì
vậy nhiệm vụ cân trộn bê tông được đề ra. Trong đồ án này chỉ mô tả một hệ
thống cân xi măng, cát, đá,hoạt động theo hai phương pháp đó là hoàn toàn tự
động hoặc điều chỉnh bằng tay. Nhiệm vụ chủ yếu là khối lượng nguyên liệu
cân cần phải xác định chính xác với khối lượng đặt, cảm biến được sử dụng
xác định trọng lượng là Loadcell.
Trong một hệ thống trộn bê tông thực tế có rất nhiều yếu tố đàu vào lẫn
đầu ra cần phải xác định đó là:
 Xác định ứng dụng của bê tông:
Những công trình xây dựng khác nhau cần có những loại bê tông khác
nhau để thích ứng với môi trường xung quanh. Ví dụ như bê tông dùng để xây
dựng nhà cao tầng yêu cầu chất lượng cao, khả năng chịu nén tốt. Bê tông
dùng để đúc các trụ cầu cần phải có chất phụ gia chóng đông và phải có độ
bền cao trong môi trường nước. Do đó bê tông sẽ có những loại khác nhau tuỳ
thuộc vào mục đích sử dụng. Loại bê tông được xác định dựa vào tỷ lệ pha
trộn các thành phần:

- Xác định loại xi măng .
- Xác định thành phần cát đá.
- Xác định tỷ lệ nước.
Vì vậy để điều khiển một hệ thống trộn thực tế cần phải kết hợp nhiều
vấn đề từ cơ khí đến điều khiển tự động.

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

12

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

Hình 1.1: Mô hình trạm trộn bê tông

1.1. Tổng quan về kết cấu bê tông.
Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước. Trong
đó cát và đá chiếm 80% - 85%, xi măng chiếm 8% - 15%, còn lại là khối
lượng của nước. Ngoài ra còn có phụ gia thêm vào để thoả mãn yêu cầu. Có
nhiều loại bê tông tuỳ thuộc vào thành phần cát, đá, xi măng, nước. Mỗi thành
phần cát, đá,xi măng khác nhau sẽ tạo thành nhiều loại mác bê tông khác
nhau.
1.1.1. Xi măng.
Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế bê tông.
Có nhiều loại mác xi măng, xi măng mác càng cao thì độ kết dính càng tốt,tuy
nhiên giá thành cũng tăng theo mác của nó. Vì vậy khi thiết kế bê tông ta phải

vừa bảo đảm yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm yêu cầu kinh tế.
1.1.2. Cát.
Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo.
Kích thước hạt cát từ 0,4 – 5 mm. Chất lượng cát phụ thuộc vào thầnh phần

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

13

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

khoáng, thành phần tạp chất, thành phần hạt,…Trong thành phần của bê tông
cát chiếm khoảng 29%.
1.1.3. Đá dăm.
Đá dăm có nhiều loại,tuỳ thuộc vào kích cỡ của đá. Do đó tuỳ thuộc vào
mác của bê tông mà ta chọn cỡ đá cho phù hợp. Trong thành phần của bê tông
đá dăm chiếm khoảng 52%.
1.1.4. Nước.
Nước để chế tạo bê tông là nước phải có đủ phẩm chất để không ảnh
hưởng xấu đến thời gian đông kết của bê tông và không ăn mòn sát thép.
1.1.5. Phụ gia.
Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có hai lâọi phụ gia:
 Loại phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù được sử dụng một lượng nhỏ
nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông
và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông.

 Loại phụ gia rắn nhanh: có khả năng rút ngắn qua trình rắn chắc của
bê tông trong điều kiện tự nhiên, cũng như nâng cao cường độ bê
tông. Hiện nay trong công nghệ bê tông người ta còn sử dụng phụ
gia đa chức năng.
1.2. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông.
1.2.1. Xi măng PC30, đá dăm 10*20, cát vàng: tính cho 1m3 bê tông.
Bảng 1.1. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông Xi măng PC30

Thành
phần

Đơn vị

Xi măng

Kg

Mác bê tông
100

150

200

250

300

225.2

268.7

325.2

368.8

410.1

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

14

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

Cát

Kg

820.8

792.3

782.8

769.5

756.2

Đá

Kg

1668.2

1639.7

1628.3

1580.8

1571.3

Nước

Lít

146.4

174.7

208.2

228.7

246.1

1.2.2. Xi măng PC40, đá dăm 10*20, cát vàng: tính cho 1m3 bê tông.
Bảng 1.2. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông Xi măng PC 40

Thành
phần

Đơn vị

Xi măng

Mác bê tông
100

150

200

250

300

Kg

273.4

283.8

327.2

373.7

424.2

Cát

Kg

818.9

799.9

782.8

775.2

765.7

Đá

Kg

1649.2

1634

1628.3

1615

1607.4

Nước

Lít

177.7

184.5

209.4

231.7

254.5

Từ bảng thành phần bê tông trên ta có thể tính toán giá trị khối lượng
của cát, đá, xi măng, nước cho từng mẻ trộn. Sau đó lấy các giá trị này để lập
thành một tỷ lệ tương ứng đưa vào đầu vào cân để lấy tín hiệu điều khiển đưa
về PLC.
1.3. Mô hình trạm trộn bê tông.

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

15

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

Hình 1.2: Mô hình trạm trộn bê tông

1.4. Trình tự điều khiển.
Trạm trộn bê tông là một tháp cao khoảng 20-25m, bên trong đặt máy
móc. Đá và cát từ các kho bói lên chứa sẵn vào các thùng phễu trên cao. Bên
dưới thùng phễu có đặt các cân tự động, khi vật liệu từ trên đổ xuống đến 1
trọng lượng ấn định nào đó thỡ cõn tự động đóng miệng phễu tiếp liệu lại,
ngăn không cho vật liệu đổ xuống xe kíp nữa. Khi cát, đá 1, đá 2 được xả
xuống xe kíp xong, xe kíp được di chuyển lên cao bằng hệ tời kéo và được xả
vào bồn trộn chớnh. Bồn trộn chớnh cú dạng hỡnh trụ trũn, bờn trong cú lắp
cỏc cỏnh, khi cỏnh quay (hoặc cối quay) nú trộn đều cốt liệu sau 1 số vũng
quay.
Xi măng sau khi chuyển lên bằng hệ thống ống kín trong có trục vít tải,
được nạp vào phễu cõn và xả xuống bồn trộn. Cốt liệu (cát, đá 1, đá 2, xi
măng) được trộn khô trước trong vũng 810s. Tiếp theo đó, nước sau khi
được nạp qua phễu cân cũng được xả xuống bồn trộn tiếp tục trộn ướt trong
thời gian khoảng 3035s.
Thời gian thực hiện toàn bộ mẻ trộn khoảng 4045sec. Sau đó thành
phẩm bê tông sẽ được xả xuống phễu trung gian và xả xuống ô tô chở ở phía
dưới nhờ hệ thống cửa mở thùng trộn. Toàn bộ thao tác hoạt động của chu kỳ
nạp, xả, trộn và xả thành phẩm được thực hiện hoàn toàn tự động nhờ sự điều
khiển trực tiếp của hệ thống điều khiển PLC.
Mỗi ngày máy có thể sản xuất ra hàng trăm mét khối bê tông tươi.

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5

Đồ án học phần 3

16

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

SƠ ĐỒ CễNG NGHỆ
TRẠM TRỘN Bấ TễNG XI MĂNG

XI MĂNG
ĐÁ 1

CÁT

ĐÁ 2

NƯỚC

VÍT TẢI
XI MĂNG
SILO
XI MĂNG

HỆ CÂN
XE KÍP

THÙNG NỨƠC
CHÍNH

BƠM NỨƠC

VÍT TẢI
XIÊN

THÙNG CÂN
XI MĂNG

BỒN
TRỘN

THÙNG CÂN
NỨƠC

Ô TÔ CHỞ
BÊ TÔNG

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông xi măng

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

17

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
LÔGIC KHẢ TRÌNH (PLC)
2.1. Khái quát về bộ điều khiển lôgic khả lập trình.
2.1.1. Hệ thống điều khiển là gì ?
Trên thực tế ở mọi ngành sản xuất công nghiệp, mục tiêu tăng năng
suất lao động, số lượng và chất lượng sản phẩm được giải quyết bằng con
đường gia tăng mức độ tự động hoá các quá trình và thiết bị sản xuất. Việc tự
động hoá có thể nhằm mục đích tăng sản lượng hoặc cải thiện chất lượng và
độ chính xác của sản xuất. Những hệ thống có khả năng khởi động, kiểm soát
và dừng một quá trình sản xuất theo yêu cầu giám sát hoặc đo đếm giá trị các
biến đã được xác định của qua trình nhằm đạt được kết quả mong muốn ở sản
phẩm đầu ra của máy hoặc thiết bị thì được gọi là hệ thống điều khiển.
Quá trình tự động hoá sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ
các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy móc, hoặc thiết bị thông qua
hệ thống điều khiển. Những hệ thống điều khiển đã được tự động hoá có thể
điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần hoặc
cần rất ít sự can thiệp của con người.
Một hệ thống điều khiển bất kỳ được mô tả theo sơ đồ khối sau:

Khối xử lý

Khối vào
Bộ chuyển đổi
tín hiệu ngõ vào

Tín hiệu
vào

Xử lý điều

khiển

Khối ra

Kết quả
xử lý

Cơ cấu
tác động

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

18

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

*Khối vào:
Các tín hiệu vào thường qua bộ chuyển đổi để chuyển đổi các tín hiệu
vật lý thành các tín hiệu điện. Các bộ chuyển đổi có thể là bộ nút nhấn
(Button), công tắc (Switch), cảm biến (Sensor) như cảm biến nhiệt hay điện
trở đo sức căng…tuỳ theo loại chuyển đổi mà các tín hiệu ra khỏi bộ chuyển
đổi có thể là dạng số (tiếp điểm) hoặc dạng liên tục (Analog).
*Khối xử lý:

Thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt
động có sự điều khiển, nó nhận thông tin các tín hiệu từ khối vào xử lý tín
hiệu tuỳ thuộc vào này theo một luật nào đó được đặt ra theo yêu cầu công
nghệ và xuất ra các tín hiệu đến khối ra để thực hiện các tác động đến thiết bị.
*Khối ra:
Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các
tín hiệu này được sử dụng để tạo ra những hoạt động đáp ứng cụ thể cho các
máy hoặc thiết bị ở ngõ ra như động cơ, các van, xy lanh khí nén, hay dầu ép,
bơm, rơle…Chẳng hạn động cơ biến đổi các tín hiệu điện thành chuyển động
quay (các thiết bị ngõ ra cũng có dạng bộ chuyển đổi vào nhưng theo chiều
ngược lại). Các thiết bị ngõ ra có thể làm việc với tín hiệu dạng on/off hoặc
các tín hiệu liên tục.
Từ thông tin của tín hiệu đầu vào hệ thống điều khiển tự động phải tạo
ra được những tín hiệu ra cần thiết đáp ứng yêu cầu điều khiển đã xác định
trong bộ phận xử lý. Yêu cầu điều khiển có thể thực hiện theo hai cách: dùng
mạch điện kết nối cứng, hoặc dùng chương trình điều khiển. Mạch điện kết
nối cứng được dùng trong trường hợp yêu cầu điều khiển không thay đổi,
trong đó các phần tử trong hệ thống được kết nối với nhau theo mạch coó
định. Trong đó, hệ thống dùng chương trình điều khiển hoạt động theo
chương trình lập sẵn lưu trong bộ nhớ và chương trình có thể được điều chỉnh
hoặc khi cần thiết thay bằng chương trình khác.
SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

19

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

2.1.2. Bộ điều khiển logic khả lập trình ( PLC ).
Bộ điều khiển logic khả lập trình PLC (viết tắt của cụm từ
Programmable Logic Controller) là một thiết bị điều khiển nhỏ gọn, thông
minh với tính năng linh hoạt được thiết kế trên tất cả các chuẩn mực của điều
khiển tự dộng. PLC có nhiều loại khác nhau của các hãng sản xuất thiết bị tự
động hoá trên thế giới. Có thể kể ra như : ZEN, CMP1A,C200HX,…và các
phiên bản về sau của OMRON (Nhật); LOGO, S5, S7 của SIEMENS (Đức);
Techmic của Pháp, FUJI của Nhật,…
Ở Việt Nam những năm gần đây các nhà máy, xí nghiệp đã đạt tới 90%
về tự động hoá với PLC như các nhà máy gạch ốp lát, xi măng, bia, thức ăn
gia súc, đồ ăn liền, sản xuất hàng tiêu dùng…Một kỹ thuật viên làm việc
trong nhà máy xí nghiệp ắt hẳn phải được trang bị kiến thức về lĩnh vực PLC.
Các phương pháp điều khiển ứng dụng PLC ngày càng phát triển, ban đầu từ
lập trình tuyến tính rồi dến lập trình có cấu trúc đến điều khiển qua các mạng
cục bộ PLC, mạng phân tán, hay điều khiển xa qua mạng điện thoại các PLC
mới ra đời càng có nhiều tính năng cao hơn và phù hợp với các phương pháp
điều khiển tối ưu hay thích nghi.
Công nghiệp ngày một phát triển, tự động hoá ngày một cao thì các thế
hệ PLC càng chứng tỏ vị thế của nó trên lĩnh vực tự động hoá.
2.1.2.1. Cấu trúc phần cứng của PLC.
Cấu trúc phần cứng của tất cả các PLC đều có các bộ phận sau: Hình
2.2.

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5

Đồ án học phần 3

20

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

Bus địa chỉ

Bộ
đệ
m

Bus điều khiển

Bộ nhớ
chương
trình
EEPRO
M
tuỳ chọn

Bộ nhớ
chương
trình
EEPRO
M

Nguồ
n pin

Bộ
đệm

CPU
bộ
vi
xử
lý

Cloc
k

Bộ
nhớ
hệ
thống
ROM

Bộ
nhớ
Dữ
liệu
RAM

Khối
vào
ra

Bus dữ liệu

Bộ
đệm

Bus hệ thống vào/ra

Mạch chốt

Bộ đệm
Panel lập
trình

Mạch giao tiếp

Mạch cách ly

Mạch cách ly

Kênh ngõ vào

Kênh ngõ ra

Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

21

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

* Bộ xử lý trung tâm : (CPU – Central Processing Unit )
CPU điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong PLC. Việc trao
đổi thông tin giữa PLC, bộ nhớ và khối vào /ra được thực hiện thông qua hệ
thống Bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung
cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU, thường là 1 hay 8 Mhz tuỳ thuộc vào
bộ xử lý sử dụng. Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và
dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả phần tử trong hệ thống.
*Bộ nhớ :
Tất cả PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau :
 ROM (Read Only Memory )
 RAM ( Random Acess Memory )
 EEPROM (Electronic Erasable Programmable Read Only Memory)
Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ, nên hầu như các PLC đều
dùng bộ nhớ EEPROM. Trường hợp ứng dụng cần bộ nhớ lớn có thể chọn lựa
giữa bộ nhớ RAM có nguồn Pin nuôi và bộ nhớ EEPROM. Ngoài ra, PLC cần
bộ nhớ RAM cho các chức năng khác như :
Bộ đệm để lưu trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra .
Bộ nhớ tạm cho tác vụ định thì, tác vụ đế, truy xuất cờ
Dung lượng bộ nhớ :
Đối với PLC loại nhỏ thường bộ nhớ có dụng lượng cố định, thường là
2k. Dung lượng này là đủ đáp ứng cho khoảng 80% điều khiển hoạt động
trong công nghiệp. Do giá thành bộ nhớ giảm liên tục, các nhà sản xuất PLC
trang bị bộ nhớ ngày càng lớn hơn cho các sản phẩm của họ.

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

22

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

* Khối vào/ra : Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5
vol DC và 15 vol DC (điện áp cho TTL và CMOS), trong khi tín hiệu điều
khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều, thường 24 vol DC đến 240 vol DC với
dòng lớn.
Khối vào / ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử của PLC
với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động, nó thực hiện
chuyển đổi các mức điện tín hiệu và cách ly, tuy nhiên, khối vào / ra cho phép
PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ, cỡ 2A trở
xuống không cần các mạch công suất trung gian hay rơle trung gian.
Có thể lựa chọn cho các thông số cho các ngõ vào / ra thích hợp với các
yêu cầu điều khiển cụ thể :
 Ngõ vào : 24 vol DC , 110 vol AC, hay 220 vol AC.
 Ngõ ra : Dạng rơle, transistor hay triac.
* Pa-len lập trình:
Trên các PLC loại lớn thường lập trình bằng cách dùng VDU (Visual
Display Unit) với đầy đủ các bàn phím và màn hình, được nối với PLC
thông qua cổng nối tiếp, thường là RS – 442. Các VDU hỗ trợ rất tốt cho việc
lập trình dạng ngôn ngữ Ladder kể cả các chú thích trong môi trường soạn
thảo chương trình làm cho chương trình dễ đọc hơn.
Hiện nay máy vi tính được xử dụng rất phổ biến để lập trình cho PLC,
với CPU xử lý nhanh, màn hình đồ hoạ chất lượng cao, bộ nhớ lớn và giá

thành ngày càng hạ, máy vi tính rất lý tưởng cho việc lập trình bằng ngôn
ngữ Ladder, ngoài ra bộ lập trình cầm tay (Console) thường được sử dụng
thuận tiện trong công tác sửa chữa và bảo trì.

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

23

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

2.1.2.2. Cơ cấu chung của hệ thống PLC
Có 2 kiểu cơ cấu thông dụng đối với các hệ thống PLC: Kiểu hộp đơn
và kiểu Modun nối ghép. Kiểu hộp đơn thường dùng cho các thiết bị lập trình
cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn,
bộ vi xử lý, bộ nhớ và các thiết bị nhập xuất. Thông thường kiểu PLC loại
này có thể có 40 điểm nhập xuất và bộ nhớ có thể lưu trữ khoảng 300-1000
lệnh hướng dẫn.
Phía các ngõ
vào

Phía các
ngõ ra
Hình 2.3: PLC loại LOGO của SIEMENS

Các PLC loại này thường có như LOGO của Siemens, Zen của OMRON

nó được sử dụng nhiều trong trong các hệ thống điều khiển nhỏ có giá thành
không cao. Ví dụ dùng thay thế sửa chữa cho các máy công cụ…nhỏ và vừa
có số lượng I/O ít.
Kiểu môđun gồm các môđun riêng biệt môđun bộ nguồn (PS), bộ vi xử
lý (CPU) các môđun vào ra ( I/O)…v.v chúng thường được lắp trên các máng
kim loại gọi là Rack. Kiểu này có thể được sử dụng cho các thiết bị điều
khiển lập trình mọi kích cỡ, mỗi chức năng khác nhau được gộp vào một
môđun riêng biệt thường ghi là mô đun FM (hình 2.4). Các PLC loại này có
kích thước lớn hơn, số lượng đầu ra và đầu vào có thể thay đổi thêm vào dễ

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

24

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

dàng nên nó thích hợp với các hệ điều khiển lớn. Các PLC loại này thường có
như C200Hx của OMRON, S7 – 300, 400… của SIEMENS…Nói chung các
PLC ngày nay đều có xu hướng chế tạo theo kiểu này.

Rack

S

M

SM
S

M
SM
S

M
SM

CP

U
PS

(Pow

er)

supp

ly)

Cổng giao tiếp ra máy tính ( MPI, DP…)
Hình 2.4: PLC gồm các module riêng biệt

Bộ điều khiển logic lập trình PLC (programmable logic controller) được
thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và
thiết bị rời cồng kềnh, và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng,
linh hoạt dựa vào các lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Việc sử dụng PLC

cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần có sự thay đổi nào về
mặt kết nối dây, sự thay đổi này chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong
bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng. Mặt khác sử dụng PLC trong
điều khiển cho phép lắp đặt và đưa hệ thống vào hoạt động nhanh hơn so với
hệ điều khiển truyền thống đòi hỏi việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
Những đặc điểm nổi bật của điều khiển PLC: PLC có đầy đủ các ưu
điểm của các hệ điều khiển trên ngoài ra nó còn có các đặc điểm nổi trội sau:
- Khả năng chống nhiễu tốt.

SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5


Đồ án học phần 3

25

GVHD: Th.s Trần Gia Khánh

- Cấu trúc dạng module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng(nối
thêm module mở rộng vào/ra ), và thêm chức năng ( nối thêm module chuyên
dùng).
- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ngõ vào và ra được chuẩn
hoá.
- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, instruction và Function
chart – dễ hiểu và dễ sử dụng cho mọi đối tượng lập trình.
- Thay đổi chương trình dễ dàng.
- Kết nối với ngoại vi dễ dàng
- Có nhiều loại khác nhau do vậy việc lựa chọn để phù hợp về mặt kinh

tế và yêu cầu công nghệ dễ dàng.
Với những ưu điểm nổi bật trên nên tôi chọn thiết bị điều khiển PLC
S7-300 của Siemen là thiết bị điều khiển cho hệ thống cấp điều khiển dây
chuyền cấp nguyên liệu của trạm trộn bê tông trong công ty xây lắp Nam
Định.
2.2. Khảo sỏt PLC S7-300.
2.2.1. Cấu trỳc phần cứng của PLC S7-300.
Thiết bị điều khiển PLC S7-300 do hóng Siemen sản xuất với kích thước
nhỏ, gọn chúng có kết cấu theo kiểu các module được sắp xếp trên các thanh
rack. Trên mỗi rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (khụng
kể CPU, module nguồn nuụi ). Một CPU S7-300 cú thể làm việc trực tiếp với
nhiều nhất 4 rack.
2.2.2. Cỏc module PLC S7-300
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối
tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu
SVTH: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp: DS-DTD5