Đồ án thiết kế hệ thống Tự động hoá : Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA

BÁO CÁO
Đồ án thiết kế hệ thống Tự động hoá
Đề tài:

Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mơ hình trạm trộn bê
tơng sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200
Sinh viên thực hiện
Lớp

: Hoàng Anh Tuấn
: CNTĐH_K15A

GVHD

: ThS. Bùi Tuấn Anh

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020


LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống SCADA đã phát triển mạnh và chiếm một vị trí rất quan trọng trong các ngành
kinh tế quốc dân. Kỹ thuật điều khiển logic khả trình phát triển trên cơ sở cơng nghệ máy tính
và từng bước phát triển tiếp cận theo nhu cầu phát triển của cơng nghiệp. Ngày nay PLC có 1
vị trí rất quan trọng trong nền cơng nghiệp và nó được coi là trung tâm là bộ não của các hệ
thống điều khiển.
Là một sinh viên ngành tự động hóa , em cảm thấy rất tự hào khi được học tập và nghiên
cứu các bộ mơn trong ngành tự động hóa trong đó điển hình là mơn “Hệ thống SCADA và

ứng dụng trong công nghiệp” với những ứng dụng rất quan trọng và rộng lớn trong các ngành
công nghiệp cũng như đời sống.
Và đặc biệt là trong kỳ làm bài tập lớn này chúng em đã có cơ hội kiểm nghiệm tính đúng
đắn và ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã được học về PLC.
Nội dung bài tập lớn của chúng em là :” Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mơ
hình trạm trộn bê tơng sử dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200” với 3
nội dung chính :
- Chương 1- Tổng quan về cơng nghệ hệ thống trạm trộn bê tông.
- Chương 2- Giới thiệu tổng quan về phần mềm TIA-Portal và bộ điều khiển PLC S71200.
- Chương 3- Soạn thảo chương trình, lưu đồ thuật toán và nối dây thiết bị
Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo Bùi Tuấn Anh đã quan tâm và hướng dẫn ,
chúng em tận tụy, nhiệt tình.
Chúng em xin chân thành cám ơn!


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG
TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

1.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tơng

Hình 1.1: Trạm trộn bê tơng
Trạm trộn bê tông được chế tạo nhằm sản xuất ra bê tông với chất lượng tốt và đáp ứng
nhanh nhu cầu về bê tông trong xây dựng. Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ
tự động hóa cao thường được sử dụng phục vụ cho các cơng trình vừa và lớn hay cho một khu
vực có nhiều cơng trình đang xây dựng.
Trước đây khi khoa học kĩ thuật chưa phát triển, máy móc cịn nhiều lạc hậu thì việc có
được một khối lượng bê tơng lớn chất lượng tốt là điều rất khó khăn .
Chính vì vậy để thiết kế những dây chuyền bê tông tự động là điều cần thiết cho mỗi công
trường cũng như ngành xây dựng trong nước. Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính:Bộ phận
chứa vật liệu và nước, bộ phận định lượng và máy trộn. Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng,

vận chuyển và các phễu chứa trung gian.
Công nghệ sản xuất bê tơng nói chung tương tự nhau: Vật liệu sau khi định lượng được
đưa vào trộn đều. Trong trường hợp kết hợp sản xuất bê tông và vữa xây dựng trong một dây
chuyền thì có thể giảm được 32% diện tích mặt bằng, từ 30%:50% cơng nhân, từ 8%:j9% vốn
đầu tư thiết bị. Một nhà máy bê tơng và vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông và
vữa cung cấp không quá 300.000 m3 / năm.


1.2 Cấu tạo chung của trạm trộn
Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính: Bãi chứa cốt liệu, hệ thống máy trộn bê tông và
hệ thống cung cấp điện.

1.2.1 Bãi chứa cốt liệu.
Bãi chứa cốt liệu là một khoảng đất trống dùng để chứa cốt liệu (cát, đá to đá nhỏ) ở đây
cát, đá to, đá nhỏ được chất thành các đống riêng biệt.
Yêu cầu đối với bãi chứa cốt liệu phải rộng và thuận tiện cho việc chuyên chở cũng như
lấy cốt liệu đưa lên máy trộn.

1.2.2 Hệ thống máy trộn bê tông.
Hệ thống máy trộn bê tông bao gồm hệ thống thùng chứa liên kết với hệ thống định lượng
dùng để xác định chính xác tỉ lệ các loại nguyên vật liệu cấu tạo nên bê tông. Băng tải dùng
để đưa cốt liệu vào thùng trộn và gồm máy bơm nước, máy bơm phụ gia, xi lô chứa xi măng,
vít tải xi măng, thùng trộn bê tơng, hệ thống khí nén.
Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và phễu chứa trung gian.

1.2.3 Hệ thống cung cấp điện.
Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có cơng suất lớn vì vậy trạm trộn bê tơng cần có
một hệ thống cung cấp điện phù hợp để cung cấp cho các động cơ và nhiều thiết bị khác.

1.3 Phân loại trạm trộn

Dựa theo năng suất, người ta chia các nơi sản xuất bê tông thành 3 loại như sau:
+ Trạm bê tông năng suất nhỏ (10:30 m3 / h)
+ Trạm trộn bê tông năng suất trung bình (30:60 m3 / h)
+

Nhà máy sản xuất bê tông năng suất lớn (60:120 m3 / h)

1.3.1 Trạm cố định
Trạm phục vụ cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ đồng thời cung cấp bê tông phục
vụ trong phạm vi bán kính làm việc hiệu quả. Thiết bị của trạm được bố trí theo dạng tháp,
một cơng đoạn có ý nghĩa là vật liệu được đưa lên cao một lần, thao tác công nghệ được tiến
hành. Thường vật liệu được đưa lên độ cao từ (18÷20) m so với mặt đất, chứa trong các phễu
xi măng (chứa trong xi lơ).
Trong q trình dịch chuyển xuống chúng được đi qua cân định lượng sau đó đưa vào
máy trộn. Điểm cuối cùng của cửa xả bê tông phải cao hơn miệng cửa nhận của thiết bị nhận
bê tông.Trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn bê tơng nào chỉ cần chúng đảm bảo
mối tương quan về năng suất với các thiết bị khác. Để phục vụ cho công tác bê tông yêu cầu
khối lượng lớn, tập trung, đường xá vận chuyển thuận lợi, cự ly vận chuyển dưới 30 km thì sử
dụng trạm này là kinh tế nhất. Trong trường hợp vừa có các cơng trình tập trung yêu cầu khối


lượng lớn, vừa có các điểm xây dựng phân tán đặc trưng cho các đô thị Việt Nam cần sử dụng
sơ đồ hỗn hợp, vừa cấp hỗn hợp khô cho các cơng trình nhỏ, phân tán đường xá lưu thơng
kém. Nếu cung cấp bê tơng thì phải dùng ơtơ trộn cịn cung cấp hỗn hợp khơ thì việc trộn sẽ
được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tơng.

1.3.2 Trạm tháo lắp di chuyển được
Dạng này có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng, di động phục vụ một số vùng hay cơng
trình lớn trong một thời gian nhất định. Thiết bị công nghệ của trạm thường được bố trí dạng
2 hay nhiều cơng đoạn, nghĩa là vật liệu được đưa lên cao nhờ các thiết bị ít nhất là 2 lần.

Thường trong giai đoạn này phần định lượng riêng và phần trộn riêng, giữa hai phần được nối
với nhau bằng thiết bị vận chuyển (gầu vận chuyển, băng tải xe, xe vận chuyển).
Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băng chuyền....vào các phễu
riêng biệt sau đó là q trình định lượng. Tiếp theo vật liệu được đưa lên cao lần nữa để cho
vào máy trộn. Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn nào miễn
là đảm bảo mối tương quan về năng suất và chế độ làm việc của các thiết bị khác. Cửa xả phải
cao hơn cửa nhận bê tông của thiết bị vận chuyển (nếu tháp cao hơn phải đưa lên cao một lần
nữa). So với dạng cố định loại trạm này có độ cao nhỏ hơn nhiều (từ 7m÷10m) nhưng lại
chiếm mặt bằng khá lớn. Phần diện tích dành cho khu vực định lượng, phần diện tích dành
cho trộn bê tông và phần nối giữa hai khu vực dành cho vận chuyển.
Trên thực tế, tổng mặt bằng cho loại trạm này nhỏ hơn vì chúng có sản lượng nhỏ hơn
nên bãi chứa cũng nhỏ hơn.
Khi xây dựng các cơng trình phân tán, đường xấu, lưu thông xe không tốt thường sử dụng
các trạm trộn di động hoặc cung cấp bê tông khô trên các ô tô trộn. Việc trộn được tiến hành
trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông.

1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông
1.4.1Cấu tạo
- Bãi chứa cốt liệu: Từ bãi chứa cốt liệu cát và đá. Vật liệu được đưa xuống 3 băng tải
riêng biệt chờ để tiến hành cân.
- Bộ phận định lượng:
Phân phối liệu gồm 3 phễu: hai phễu đá và một phễu cát, định lượng có 3 quả cân điện tử
(3 cảm biến trọng lượng). Việc đóng, mở các phễu được điều khiển bằng các xi lanh khí nén
riêng biệt. Phía dưới các phễu là một thùng đáy được mở nhờ một xi lanh khí nén lần lượt các
cửa xả xuống thùng cân, sau khi cân xong thì thùng liệu được trút xuống phễu trộn chung.
- Chuyển xi măng lên xi lô:
Xi măng được đưa lên xi lô chứa bằng cách bơm xi măng từ xe chở xi măng chuyên dụng
lên xi lô.

Xi măng được đưa lên miệng xi lô nhờ trục vít xoắn hướng trục với xi lơ chứa. Từ miệng
xi lô chứa xi măng được vận chuyển tới cân định lượng rồi xả vào thùng trộn.
- Xe kíp, dùng để vận chuyển cốt liệu từ 3 phễu riêng biệt lên các thùng cân.

1.4.2 Quá trình chuẩn bị
Từ các nguyên vật liệu xây dựng để sản xuất ra sản phẩm cuối cùng là bê tông ta cần thực
hiện các công việc như sau:
Cốt liệu được để riêng biệt ở bãi chứa cốt liệu. Cốt liệu được máy xúc lật đưa lên đầy các
thùng phễu riêng rẽ, chờ xả xuống băng tải để vận chuyển lên các thùng cân cốt liệu, xi măng
được đưa lên xi lô chứa xi măng trên cao. Nước được bơm lên đầy các thùng chứa để chờ cân
định lượng.

1.4.2.1 Kiểm tra các điều kiện làm việc
Để bắt đầu một quá trình hoạt động mới, tránh trường hợp có q trình hoạt động trước
đó (chẳng hạn như sự cố). Trong thùng cân nước, cân phụ gia, cân xi măng, thùng trộn vẫn
chưa xả hết nguyên liệu. Tại bàn điều khiển người vận hành ấn nút Reset để :
+ Mở cửa xả bê tông
+ Mở cửa xả thùng cân cát
+ Mở cửa xả thùng cân đá.
+ Mở cửa xả thùng cân xi măng
+ Mở cửa xả thùng cân nước, phụ gia.

Lúc này mới cho phép hệ thống làm việc .
Sau khi q trình chuẩn bị xong. Từ máy tính người vận hành nhập các thông số của mác
bê tông như: khối lượng cát, đá1, đá2, xi măng, nước, phụ gia, số mẻ và các dữ liệu quản lý
hành chính như tên lái xe, biển số xe, ngày, giờ xuất hành...
Sau đó tới tủ điều khiển người vận hành chọn chế độ hoạt động cho máy là tự động hay
bằng tay.
Nếu là chế độ tự động người vận hành nhấn nút Auto, nếu là chế độ bằng tay thì nhấn nút
Manual

1.4.2.2 Chế độ điều khiển tự động
Ở chế độ điều khiển tự động người vận hành chỉ cần nhấn nút Start trên bàn điều khiển.
Động cơ trộn bê tông cho chạy ở chế độ không tải. Máy sẽ tự động cân đo các khối lượng
nguyên vật liệu, ở đây thực hiện phương pháp cân riêng lẻ.
Mở van xả cát, cát được xả xuống băng tải để đưa lên thùng cân. Đồng thời đá cũng xả để
đưa lên thùng cân.
Trong quá trình cân cốt liệu đồng thời cân ln xi măng ,nước và phụ gia. Xi măng từ xi
lô chứa đưa vào thùng cân nhờ vít tải, khi khối lượng xi măng bằng khối lượng đặt thì dừng


động cơ vít tải. Nước, phụ gia được bơm lên đưa vào thùng cân cho đến khi bằng khối lượng
đặt thì dừng động cơ bơm nước và phụ gia.
Khi điều kiện thùng trộn “rỗng', cửa xả thùng trộn “đóng”, thì cốt liệu và xi măng được
đưa đổ vào thùng trộn bê tơng bắt đầu q trình trộn khơ. Sau thời gian trộn khơ là 10s thì xả
nước và phụ gia vào trộn, bắt đầu thời gian trộn ướt là 10s (Thời gian trộn một mẻ khoảng
20s) thì cửa xả thùng trộn mở ra, bê tông được xả vào xe chuyên dụng. Sau thời gian xả
khoảng 10s, đóng cửa xả bê tông lại. Kết thúc một mẻ trộn.
Để chuẩn bị cho một mẻ trộn mới thì trong quá trình trộn bê tông và sau khi xả nguyên
liệu: cát, đá, nước, xi măng và phụ gia tiếp tục được vận chuyển lên thùng cân nghĩa là : Khi
số mẻ trộn chưa bằng số mẻ đặt thì sau khi xả cốt liệu và xi măng xong sẽ tiếp tục quay lại
thực hiện cân cốt liệu và xi măng. Khi xả nước và phụ gia xong cũng tự động quay lại cân
nước, phụ gia. Khi cân đủ thì dừng lại chờ mẻ tiếp theo.
Khi số mẻ bằng số mẻ đặt thì dừng hết quá trình cân lại.

1.4.2.3 Chế độ điều khiển bằng tay
Ở chế độ điều khiển bằng tay,người vận hành gạt công tắc cân vật liệu xuống OFF, quan
sát số liệu cân bằng thiết bị hiển thị trên bàn điều khiển hoặc quan sát trên màn hình phần
mềm.
Nhấn nút chạy động cơ trộn.

Đưa tay gạt sang chế độ hoạt động bằng tay, gạt chuyển mạch đóng mở cửa xả sang vị trí
“Stop”, khi cần điểu khiển, gạt chuyển mạch sang vị trí đóng hoặc mở cửa xả để đóng, mở
cửa xả.
Nhấn nút cấp cát,đá, đồng thời cấp luôn xi măng, nước, phụ gia. Người vận hành theo dõi
số cân hiển thị trên máy tính, khi đủ nhấn vào một lần nữa các nút để dừng quá trình cấp.. Khi
cốt liệu đã được cấp đủ đưa chúng vào thùng trộn. Lúc này nhấn nút xả cốt liệu đồng thời
nhấn nút xả xi măng. Do động cơ trộn ln chạy trong q trình hoạt động nên sau khi xả
xong cốt liệu, xi măng coi như máy đang trôn bê tông khô, thời gian trộn ướt được bắt đầu
tính khi xả nước và phụ gia. Sau khi trộn ướt mẻ bê tơng đã được hồn thành, người vận hành
chỉ việc nhấn nút xả bê tông.
Không để chuyển mạch đóng mở cửa xả ở vị trí “tự động” vì khi đó có thể bê tơng sẽ bị
xả theo chế độ tự động trong khi chưa cân đủ nước hoặc đủ xi măng.

1.5 Thành phần vật liệu trộn bê tông
Để kết cấu được bê tông nhất thiết cần có các nguyên liệu sau:

1.5.1 Xi măng
Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng xen giữa các hạt cốt liệu, đồng thời tạo ra
tính linh động của bê tơng (được đo bằng độ sụt nón) Mác của xi măng được chọn phải lớn


hơn mác của bê tông cần sản xuất, sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chất của nó ảnh
hưởng lớn đến cường độ của bêtơng. Bình thường hồ xi măng lấp đầy phần rỗng giữa các hạt
cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau một chút (với cự li bằng 243 lần đường kính hạt xi măng).
Trong trường hợp này phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bê tông khá
cao và yêu cầu cốt liệu cao hơn cường độ bê tông khoảng 1,5 lần. Khi bê tông chưá lượng hồ
xi măng lớn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức chúng hầu như khơng có tác dụng
tương hỗ nhau. Khi đó cường độ của đá, xi măng và cường độ của vùng tiếp xúc đóng vai trị
quyết định đến cường độ bê tông nên yêu cầu cốt liệu thấp hơn.
Tuỳ u cầu của loại bê tơng có thể dùng các loại xi măng khác nhau, có thể dùng xi

măng pô lăng, xi măng pô lăng bền sunfat, xi măng pơlăng xủ, xi măng puzolan và các chất
kết dính khác để thoả mãn yêu cầu của chương trình.

1.5.2 Cát
Cát để làm bê tơng có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ (0,14:5) mm theo
tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), từ (0,15:4,75) mm theo tiêu chuẩn Mỹ, từ (0,08:5) mm TCVN.
Lượng cát khi trộn với xi măng và nước, phụ gia phải được tính tốn hợp lý, nếu nhiều cát
q thì tốn xi măng khơng kinh tế và ít cát q thì cường độ bê tơng giảm.

1.5.3 Đá dăm
Sỏi có mặt trịn, nhẵn, độ rộng và diện tích mặt ngo nhỏ nên cần ít nước, tốn xi măng
mà vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường độ bê tông sỏi
thấp hơn bê tông đá dăm. Ngược lại đá dăm được đập vỡ có nhiều góc cạnh, diện tích mặt
ngồi lớn và khơng nhẵn nên lực dính bám với vữa xi măng lớn tạo ra được bê tơng có cường
độ cao hơn. Tuy nhiên mác của xi măng đá dăm phải cao hơn hay bằng mác của bê tông tạo ra
hay bê tông cần sản xuất.

1.5.4 Nước
Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảo dưỡng bê tông) phải
đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và thời gian rắn chắc của xi măng và
khơng ăn mịn thép. Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được .
Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính cơng tác của hỗn hợp bê tông.
Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng và lượng nước do cốt
liệu. Lượng nước trong bê tông xác định tính chất của hỗn hợp bê tơng. Khi lượng nước quá
ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử nước chỉ hấp thụ trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ
lưu động của hỗn hợp, lượng nước tăng đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do,
màng nước trên mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giảm xuống, độ lưu động tăng thêm, lượng
nước ứng với lúc bê tơng có độ lưu động lớn nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ
nước của hỗn hợp Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong

nước bẩn nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong một lít nước. Tuy
nhiên cường độ bê tông sẽ giảm và không được sử dụng trong bê tông cốt thép.

1.5.5 Phụ gia
Phụ gia là các chất vơ cơ hoặc hố học khi cho vào bê tơng sẽ cải thiện tính chất của hỗn
hợp bê tơng hoặc bê tơng cốt thép. Có nhiều loại phụ gia cho bê tơng để cải thiện tính dẻo,
cường độ, thời gian rắn chắc hoặc tăng độ chống thấm.
Thông thường phụgia sử dụng có hai loại: Loại rắn nhanh và loại hoạtđộng bề mặt.
Phụ gia rắn nhanh thường là loại muối gốc (CaCl2) hay muối Silic. Do là chất xúc tác và
tăng nhanh q trình thuỷ hố của C3S và C2S mà phụ gia CaCl2 có khả năng rút ngắn q
trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên mà không làm giảm cường độ bê tông ở
tuổi 28 ngày.
Hiện nay người ta sử dụng loại phụ gia đa chức năng, đó là hỗn hợp của phụ gia rắn
nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt hoặc các phụ gia tăng độ bền nước.
Thành phần vật liệu của bê tông đóng vai trị quyết định đến chất lượng hay quyết định
đến cường độ chịu lực cũng như mác của bê tông.Từ thực nghiệm người ta đã xác định được
mác của bê ông ứng với từng loại vật liệu nhất định với một tỉ lệ xác định, ngược lại từ mác
của bê tông người ta dễ dàng tra được tỉ lệ thành phần trong bê tông.

1.5.6 Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông
Khái niệm mác bê tông : Khi nói đến mác bê tơng là nói đến khả năng chịu nén của mẫu
bê tông. Theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN
4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tơnghình lập phương có kích thước 150
mm X 150 mm X 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN
3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tơng ninh kết. Sau đó được đưa vào máy nén để
đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tơng), đơn vị
tính bằng MPa (N/mm2) hoặc daN/cm2 (kg/cm2).
Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt,
trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tơng. Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu

nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là mác bê tông.

1.6 Các thiết bị trong hệ thống:
1.6.1 Áp- tơ- mát:
Áp-tơ-mát, cịn gọi là máy ngẳt tự động hay CB, là loại khí cụ điện dùng để ngắt tự động
các mạch điện một chiều và xoay chiêu khi xảy ra quá tải, ngắn mạch, sụt áp,... Chúng cũng
được dùng để đóng ngắt khơng thường xun các mạch đỉện trong điều kiện làm việc bình


thường.
Áp-tô-mát được dùng trong các thiết bị điện xoay chiều có điện áp tới 500V, trong các
thiết bị điện một chiều điện áp tới 3300V.
Trong những năm gần đây, các thiết bị điện của máy công cụ đã sử dụng rộng rãi loại khí
cụ này, vì nó đảm bảo được độ chính xác cao vê dịng điện và điện áp cần ngắt, đồng thời nó
có thể thay thế chức năng của cầu dao vả cầu chảy để bảo vệ và đóng ngắt mạch điện.

Hình 1.2: Cấu tạo áp tơ mát
Sơ đồ áp to mát
1:Nam châm

2:Nắp

3:Then

4:Địn

5:Lị xo

6:Tiếp điểm

1.6.2 Cầu chì:
Cầu chì là khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện khi có sự cố quá tải hay
ngắn mạch xảy ra, cấu tạo của cầu chảy gồm vỏ, nắp và dây chảy. Trong đó, dâỵ chảy đóng
vai trị quan trọng nhất trong cầu chì. Dây chảy thường làm bằng các chất liệu có độ nóng
chảy thấp như chì, kẽm, đơng,... Tùy theo điều kiện làm việc và dịng điện trong mạch lớn hay
nhỏ mà dây chảy có thể làm bằng .những vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao và thiết dỉện phù
hợp.

Hình 1.3: Đặc tính dây chảy của cầu chì
Dịng điện qua dây chảy càng lớn, thời gian chảy đứt càng nhỏ, đường cong 2 là đường
đặc tính của đối tượng cần bảo vệ. Để cầu chì bảo vệ đối tượng nào thì đường cong 1 phải
nằm dưới đặc tính đường cong 2.


1.6.3 Rơ le nhiệt:
Rơ le nhiệt là loại khí cụ điện làm việc trên cơ sở tác dụng nhiệt của dịng điện. Phần tử
cảm nhiệt có thể dùng nhiều loại khác nhau nhưng thường dùng hơn cả trong thiết bị điện là
tấm kim loại kép có hệ số nở nhiệt khác nhau.
Các tấm kim loại thường làm từ hai kim loại ghép lại với nhau bằng phương pháp hàn
hoặc cán nóng. Hai kim loại có hệ số nở nhiệt khác nhau thường dùng là đồng thau và inva.
Khi bị nung nóng, tấm kim loại kép sẽ bị uốn cong về phía tấm kim loại có hệ số nở nhiệt bé
hơn.

Hình 1.4: Sơ đồ rơ le nhiệt
1:Bộ làm nóng
2:Tấm kim loại kép
3:Cần
4:Tay địn
5:Tiếp điểm
6:Cần gạt

2.4. Cơng tắc tơ:
Cơng tắc tơ là loại khí cụ điện điều khiển xa dùng để đóng mở thường xuyên các mạch
điện động lực.

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu contactor


Khi cấp nguồn điện cho công tắc tơ, cuộn dây điện từ sẽ từ hóa lõi sắt thành nam châm
điện và hút phần ứng di động. Phần ứng di động đi lên phía trên mang các tiếp điểm di động
di chuyển tiếp xúc với các tiếp điểm cố định làm đóng mạch điện và dịng điện đi từ Li sang
Ti và lò xo tác dụng ép chặt các tiếp điểm vào nhau. Khi thôi cấp nguồn điện cho công tắc tơ,
cuộn dây điện từ mất nguồn, phần ứng trở về vị trí cũ mang các tiếp điểm động trở về vị trí
ban đầu, ngắt điện chạy từ Li sang Ti.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM
TIAPORTALVÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-1200

2.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200
Dòng sản phẩm PLC đầu tiên của Siemens là PLC S7-200. Năm 2009, Siemens ra
dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200. Bộ điều khiển logic khả
trình PLC S7-1200 mang lại tính năng linh hoạt và sức mạnh điều khiển nhiều thiết bị
đa dạng. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ
khiến cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển
nhiều ứng dụng nhỏ.
Module CPU của PLC S7-1200 tích hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn, ngõ vào/ra, cổng
mạng PROFINET, các bộ đếm tốc độ cao (HSC), các ngõ vào tương tự tạo nên một bộ
điều khiển có tính năng mạnh mẽ.
Module CPU cung cấp một cổng PROFINET dành cho việc trao đổi thông tin qua
mạng PROFINET. Một số các module truyền thông mở rộng khác cho phép ghép nối
và truyền thông PLC S7-1200 qua mạng PROFIBUS, GPRS, RS485, RS232, IEC,

DNP3 và WDC.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba
ngơn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA
Portal của Siemens.
Phân loại


Có nhiều cách phân loại PLC S7-1200.
- Theo bộ vi xử lý, PLC S7-1200 được phân chia thành 5 dòng: CPU 1211C, CPU
1212C, CPU1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.
- Theo nguồn nuôi cung cấp cho CPU, ngõ vào và ngõ ra tích hợp trên CPU:
+ Loại AC/DC/RLY: nguồn ni cấp cho CPU là xoay chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ
ra xoay chiều hoặc 1 chiều.
+ Loại DC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là một chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ
ra xoay chiều hoặc 1 chiều.
+ Loại DC/DC/DC: nguồn nuôi cấp cho CPU, ngõ vào, ngõ ra đều là 1 chiều.
Ưu điểm và ứng dụng
- Ưu điểm
– Giảm đến 80% số lượng dây nối.
– Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .
– Khả năng tự chuẩn đốn do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và dễ
dàng.
– Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi khơng có các u
cầu thay đổi các đầu vào ra thì khơng cần phải nâng cấp phần cứng
– Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển.
– Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình.
– Thời gian để một chu trình điều khiển hồn thành chỉ mất vài ms, điều này làm tăng
tốc độ và năng suất PLC .
– Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn giúp thuận
tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.

– Chức năng lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học.
– Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
– Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức tạp.
– Hồn tồn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
– Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thơng minh khác như: máy tính, kết nối mạng
Internet, các Modul mở rộng.
– Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
– Giá bán cạnh tranh.
Đặc trưng của tất cả các dịng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được, chỉ số


IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt,
yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh
chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng
đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là
các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho
một hệ thống hoạt động tự động.
- Ứng dụng
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực
khác nhau trong công nghiệp như:
– Hệ thống nâng vận chuyển.
– Dây chuyền đóng gói.
– Các robot lắp giáp sản phẩm .
– Điều khiển bơm.
– Dây chuyền xử lý hố học.
– Cơng nghệ sản xuất giấy .
– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
– Sản xuất xi măng.
– Công nghệ chế biến thực phẩm.
– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.

– Dây chuyền lắp giáp Tivi.
– Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
– Quản lý tự động bãi đậu xe.
– Hệ thống báo động.
– Dây chuyền may công nghiệp.
– Điều khiển thang máy.
– Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
– Sản xuất vi mạch.
– Kiểm tra quá trình sản xuất .
PLC S7-1200 CPU 1211C AC/DC/RLY

2.2.1 Giới thiệu chung


1. Bộ phận kết nối nguồn
2 . Các bộ phận kết nối nối
dây của người dùng có thể tháo
được (phía sau các nắp che) Khe
cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía
trên
3. Các LED trạng thái dành
cho I/Otích hợp
4. Bộ phận kết nối
PROFINET (phía trên của CPU)

2.2.2 Các bảng tín hiệu
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người
dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía
trước của CPU.
• SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC) • SB với 1 ngõ ra kiểu

tương tự.
Các LED trạng thái trên
SB
Bộ phận kết nối nối dây
của người dùng có thể tháo ra

2.2.3 Các module tín hiệu
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức
năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.


1 Các LED trạng thái
dành cho I/O của module tín
hiệu
2 Bộ phận kết nối đường
dẫn
3 Bộ phận kết nối nối
dây của người dùng có thể
tháo ra
2.2.4 Các module truyền thơng
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ
sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.
CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thơng
Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM
khác)
1 Các LED trạng thái
dành cho module truyền thông
2 Bộ phận kết nối truyền
thơng

Phần mềm lập trình TIA Portal V14
Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành Windows,
phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa ngƣời lập trình và PLC.
• Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
• Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các
địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau. Sau đây là cách tạo một project
trên
Một số thao tác cơ bản khi làm quen với phần mềm

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V14


Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án

Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Bước 4: Chọn Configure a device


Bước 5: Chọn Add new device

Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add


Bước 7: Project mới được hiện ra

2.Giao diện giám sát WinCC:
WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong
lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp.

WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để giám
sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong q trình sản xuất. Nói rõ hơn, WinCC là
chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine
Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với
chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Với
WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như:
Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron,.. thông qua cổng COM với chuẩn
RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.

Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết cơng
việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mơ nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện
sản xuất – MES (Manufacturing Excution System). WinCC có thể mơ phỏng bằng
hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện. Để
đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức
năng cho mục đích hiển thị, thơng báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các
tham số cơng thức,.. và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người
và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay.
2.1 Chức năng của WinCC(HMI)


Hiển thị quá trình:

Quá trình được hiển thị trên thiết bị HMI(WinCC). Màn hình trên thiết bị HMI
được cập nhật một cách năng động. Điều này được dựa trên các sự chuyển tiếp q
trình.


Điều khiển vận hành của q trình:

Người vận hành có thể điều khiển q trình bởi GUI. Ví dụ, người vận hành có thể
đặt trước các giá trị tham khảo cho điều khiển hay khởi động một động cơ.




Hiển thị các cảnh báo:

Các quá trình nghiêm trọng tự động khởi phát báo động, ví dụ, khi giá trị đặt được
vượt quá.


Lưu trữ các giá trị và cảnh báo q trình:

Hệ thống HMI có thể ghi lại các cảnh báo và giá trị q trình. Tính năng này cho
phép bạn lưu giữ các dãy quá trình và lấy ra các dữ liệu của sản xuất từ trước.


Ghi chép các cảnh báo và các giá trị quá trình:

Hệ thống HMI có thể đưa ra các báo cáo giá trị quá trình và các cảnh báo. Tính
năng này cho phép bạn in ra các dữ liệu sản xuất ở cuối của ca làm việc.


Quản lí thơng số máy móc và q trình:

Hệ thống HMI có thể lưu giữ các thơng số của các q trình và máy móc dưới dạng
cơng thức. Ví dụ, bạn có thể download những thơng số trên một đường dẫn từ thiết bị
HMI tới PLC để thay đổi toàn kiểu sản xuất của sản phẩm.

3.Hệ thống SCADA:
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều
khiển từ xa.
SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều
khiển từ xa. Hệ thống SCADA thu thập dữ liệu từ các trạm giám sát và các điểm kiểm
soát khác nhau. Một máy tính trung tâm xử lí dữ liệu và kiểm soát các hệ thống con
khác nhau. Hệ thống này đóng vai trị quan trọng trong các nghành cơng nghiệp hiện
đại như: tại nhà máy sản xuất, trạm dầu mỏ và khí đốt v.v…


Hình2.10 : Hệ thống SCADA
a. Thành phần của lập trình SCADA:
Mọi hệ thống SCADA đều có bốn thành phần chính sau:
Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các
cơ cấu chấp hành.
Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là các khối thiết bị đầu cuối từ xa RTU (Remote
Terminal Units) hoặc các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic
Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành.
Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị
viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường
đến các khối điều khiển và máy chủ.
Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người-máy HMI
(Human Machine Interface).


Hình 2.11: Cấu tạo 1 hệ thống SCADA
b. Chức năng của hệ thống SCADA:
Hệ thống SCADA là công cụ cho phép các doanh nghiệp thu thập, quản lý dữ liệu,

tương tác và kiểm soát hoạt động của các loại máy móc, thiết bị như van, máy bơm
hay các động cơ, cũng như lưu trữ mọi thông tin vào tệp tin máy chủ. Chính vì thế,
trong rất nhiều ngành cơng nghiệp hiện đại như năng lượng, thực phẩm, dầu khí, vận
tải, xử lý nước và rác thải, hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rãi. SCADA có
những ưu thế về chức năng nổi bật như:
Nâng cao năng suất: nhờ quá trình phân tích các quy trình sản xuất, nhà quản lý có
thể dùng các thơng tin này để gia tăng hiệu quả sản xuất và cải tiến kỹ thuật.
Cải thiện chất lượng sản phẩm: cũng thơng qua việc phân tích các hoạt động, nhà
quản lý có thể tìm cách hạn chế, ngăn chặn các sai sót trong q trình sản xuất.
Giảm chi phí vận hành và bảo trì: khi một hệ thống SCADA được lắp đặt, doanh
nghiệp sẽ không cần quá nhiều nhân sự cho việc quản lý giám sát các thiết bị hiện
trường được đặt ở các vị trí xa. Bên cạnh đó, doanh nghiệp cũng khơng phải chi trả
cho các chuyến đi kiểm tra, bảo trì ở xa, thế nên, chi phí bảo trì cũng sẽ được giảm
bớt.
Bảo tồn vốn đầu tư: khi các chủ nhà máy đầu tư nâng cấp hoạt động sản xuất, họ
cần đảm bảo sự nâng cấp đó có tính sử dụng lâu dài. Một hệ thống SCADA được thiết
kế mở sẽ cho phép chủ đầu tư chỉnh sửa, thay đổi tùy theo quy mô sản xuất, nhờ đó
giúp loại bỏ các hao hụt theo thời gian.


c.Cấu trúc phần mềm:

Hình2.12: Cấu trúc phần mềm hệ thống SCADA
Cơ sở dữ liệu quá trình
-Chức năng quản lý, lưu trữ
+ Dữ liệu quá trình
+ Dữ liệu tình trạng hệ thống
+ Dữ liệu quá khứ
+ Dữ liệu cảnh báo
+ Dữ liệu vận hành

-Về cơ bản giống các hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường
+ Thường được xây dựng trên cơ sở 1 thương phẩm như SQL Server, Sybase,
Informix, …
-Các yêu cầu đặc biệt
+ Tần suất cập nhật cao, mang tính tuần hồn
+ Tính năng thời gian thực
-+ Quản lý hiệu quả cơ sở dữ liệu lớn liên tục rất nhanh
Giao diện người máy
- Sơ đồ khối (hệ thống): Hiển thị tình trạng các thiết bị, máy móc
- Lưu đồ cơng nghệ (phân đoạn, nhóm): hiển thị các giá trị q trình, các hình ảnh
động minh hoạ, các phím điều khiển .
- Biểu đồ chức năng trình tự (SFC)