Thiết kế hệ thống SCADA trong sản xuất phân NPK

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 2
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN............................ Error! Bookmark not defined.
MỤC LỤC............................................................................................................. 2
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN NPK .. 7
1.1.

Giới thiệu chung về phân NPK ................................................................ 7

1.1.1.

Khái niệm .......................................................................................... 7

1.1.2.

Thành phần và tác dụng của phân NPK ............................................ 7

1.1.3.

Phân loại ............................................................................................ 8

1.2. Giới thiệu về Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm
Thao………………… ........................................................................................ 9
1.3.

Quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK ............................................... 13

1.3.1.

Sơ đồ quy trình cơng nghệ ............................................................... 13

1.3.2.

Mơ hình sản xuất và ngun lý hoạt động của mơ hình .................. 16

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA TRONG NHÀ MÁY SẢN
XUẤT NPK ......................................................................................................... 18
2.1.

Khái niệm về SCADA và hệ SCADA nhà máy phân NPK ................... 18

2.1.1.

SCADA ............................................................................................ 18

2.1.2.

Hệ SCADA trong nhà máy phân bón NPK ..................................... 19

2.2.

Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC .................................. 19

2.2.1.

Lịch sử phát triển và vai trị của PLC .............................................. 19

2.2.2.

Ưu thế của việc sử dụng PLC trong tự động hóa ............................ 20

2.2.3.

Ứng dụng của PLC trong công nghiệp ............................................ 20

2.3.

PLC S7-300 ............................................................................................ 21

2.3.1.

Phần cứng của một trạm PLC S7-300 ............................................. 21

2.3.2.

Tổ chức bộ nhớ trong CPU của PLC S7-300 .................................. 25

2


2.3.3.

Vịng qt chương trình .................................................................. 26

2.3.4.

Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng ....................... 27

2.3.5.

Cấu trúc chương trình ..................................................................... 28

2.3.6.

Ngơn ngữ lập trình .......................................................................... 30

2.4.

Giới thiệu về phần mềm STEP7 ............................................................ 30

2.5.

Giới thiệu về phần mềm WinCC ........................................................... 31

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA ............................................. 33
3.1.

Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................................ 33

3.2.

Thiết kế phần cứng ................................................................................ 33

3.2.1.

Lựa chọn các thiết bị ....................................................................... 33

3.2.2.

Lựa chọn cấu hình phần cứng cho PLC S7-300 ............................. 40

3.2.3.

Xây dựng mạch điều khiển ............................................................. 43

3.3.

Xây dựng lưu đồ thuật toán ................................................................... 44

3.3.1.

Thuật toán điều khiển hệ thống. ...................................................... 44

3.3.2.

Các khâu cụ thể ............................................................................... 45

3.4.

Thiết kế mạch động lực cho dây chuyền ............................................... 50

3.4.1.

Khâu định lượng và nghiền nguyên liệu. ........................................ 50

3.4.2.

Khâu trộn nguyên liệu ..................................................................... 51

3.4.3.

Hệ thống tạo hạt và sấy ................................................................... 51

3.4.4.

Hệ thống phân loại và làm nguội .................................................... 52

3.4.5.

Hệ thống đóng bao .......................................................................... 52

3.5.

Thiết kế chương trình điều khiển cho PLC S7-300 trên STEP 7 .......... 53

3.6.

Thiết kế giao diện giám sát trên phần mềm WinCC.............................. 54

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ............................... 62
4.1.

Chương trình điều khiển cho PLC S7-300 trên STEP7 ......................... 62

4.2.

Chương trình mơ phỏng trên WinCC .................................................... 71

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................... 77
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................... 78
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 79

3


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1 Hạt phân và bao phân NPK.................................................................... 7
Hình 1. 2 Cơng ty Cổ phần Supe Phốt Phát và Hóa chất Lâm Thao ..................... 9
Hình 1. 3 Chuyến đi thực tế đến Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất
Lâm Thao ............................................................................................................. 10
Hình 1. 4 Sơ đồ công nghệ sản xuất phân NPK - S của nhà máy ........................ 11
Hình 1. 5 Xưởng sản xuất phân NPK .................................................................. 11
Hình 1. 6 Dây chuyền sản xuất phân NPK .......................................................... 11
Hình 1. 7 Hệ thống máy sấy thùng quay.............................................................. 12
Hình 1. 8 Hệ thống đóng bao tự động .................................................................. 12
Hình 1. 9 Phịng điều khiển hệ thống................................................................... 12
Hình 1. 10 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK ................................. 13
Hình 1. 11 Mơ hình dây chuyền sản xuất phân NPK .......................................... 16

Hình 2. 1 Cấu trúc chung của một trạm PLC S7-300 .......................................... 21
Hình 2. 2 Module nguồn và khối xử lý trung tâm ............................................... 22
Hình 2. 3 Module vào ra số (DI/DO) và tương tự (AI/AO) ................................ 24
Hình 2. 4 Module ghép nối IM ............................................................................ 24
Hình 2. 5 Các vùng nhớ của CPU ........................................................................ 25
Hình 2. 6 Vịng qt chương trình ....................................................................... 26
Hình 2. 7 Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng............ 27

Hình 2. 8 Lập trình tuyến tính.............................................................................. 28
Hình 2. 9 Lập trình cấu trúc ................................................................................. 29
Hình 2. 10 Ngơn ngữ lập trình PLC S7 - 300 ...................................................... 30
Hình 2. 11 Phần mềm SIMATIC STEP 7 ............................................................ 31
Hình 2. 12 Phần mềm WinCC của hãng Siemens ............................................... 32
Hình 3. 1 Sơ đồ khối hệ thống SCADA trong nhà máy phân NPK..................... 33
Hình 3. 2 Cảm biến mức RN 3002 ...................................................................... 34
Hình 3. 3 Cảm biến can nhiệt K........................................................................... 34
Hình 3. 4 Cảm biến đo độ ẩm chịu nhiệt độ cao EE1900 .................................... 35
Hình 3. 5 Loadcell VLC 106 VMC ..................................................................... 35
Hình 3. 6 Cảm biến tiệm cận Autonics PRDT18-14XO-V ................................. 36
Hình 3. 7 Cân băng định lượng ............................................................................ 36
Hình 3. 8 Băng tải truyền động ............................................................................ 37
Hình 3. 9 Máy nghiền lồng .................................................................................. 37
Hình 3. 10 Máy trộn xốy .................................................................................... 37
Hình 3. 11 Máy vê viên dạng chảo ...................................................................... 38

4


Hình 3. 12 May sấy thùng quay .......................................................................... 38
Hình 3. 13 Máy sàng rung phân loại ................................................................... 38
Hình 3. 14 Máy làm nguội thùng quay................................................................ 39
Hình 3. 15 Hệ thống đóng bao tự động ............................................................... 39
Hình 3. 16 Van bướm điều khiển bằng khí nén .................................................. 39
Hình 3. 17 Sơ đồ đấu dây cho PLC ..................................................................... 43
Hình 3. 18 Sơ đồ thuật toán hệ thống sản xuất phân NPK .................................. 44
Hình 3. 19 Thuật tốn điều khiển hệ thống cân định lượng và nghiền nguyên
liệu ....................................................................................................................... 45
Hình 3. 20 Thuật tốn điều khiển hệ thống trộn ngun liệu .............................. 46

Hình 3. 21 Thuật toán điều khiển hệ thống tạo hạt và sấy .................................. 47
Hình 3. 22 Thuật tốn điều khiển hệ thống phân loại và làm nguội ................... 48
Hình 3. 23 Thuật toán điều khiển hệ thống may bao .......................................... 49
Hình 3. 24 Sơ đồ mạch lực hệ thống cân định lượng và nghiền nguyên liệu ..... 50
Hình 3. 25 Sơ đồ mạch động lực hệ thống trộn nguyên liệu............................... 51
Hình 3. 26 Sơ đồ mạch động lực hệ thống tạo hạt và sấy ................................... 51
Hình 3. 27 Sơ đồ mạch động lực hệ thống phân loại và làm nguội .................... 52
Hình 3. 28 Sơ đồ mạch động lực hệ thống đóng bao .......................................... 52
Hình 3. 29 Khai báo cấu hình phần cứng cho PLC trên phần mềm STEP7 ....... 53
Hình 3. 30 Cấu trúc chương trình điều khiển ...................................................... 53
Hình 3. 31 Dự án đã tạo trong WinCC ................................................................ 54
Hình 3. 33 Giao diện mơ hình giám sát............................................................... 55
Hình 3. 32 Khai báo Tag cho chương trình ......................................................... 55
Hình 3. 34 Tạo nút ấn ON ................................................................................... 56
Hình 3. 35 Tạo băng tải 1,2,3,4,5,6,7 .................................................................. 57
Hình 3. 36 Tạo Silo chứa nguyên liệu ................................................................. 57
Hình 3. 37 Tạo cảm biến cân trọng lượng ........................................................... 58
Hình 3. 38 Tạo van xả liệu .................................................................................. 58
Hình 3. 39 Tạo bồn nghiền .................................................................................. 59
Hình 3. 40 Tạo băng tải ....................................................................................... 59
Hình 3. 41 Tạo động cơ truyền động................................................................... 60
Hình 3. 42 Thiết lập thuộc tính cho các động cơ, băng tải và silo chứa ............. 60
Hình 3. 43 Mơ hình giám sát sau khi hồn tất .................................................... 61

Hình 4. 1 Giao diện Simulation PLCSIM ........................................................... 62
Hình 4. 2 Kết quả mơ phỏng ............................................................................... 63
Hình 4. 3 Kết quả mơ phỏng ............................................................................... 63
Hình 4. 4 Kết quả mơ phỏng ............................................................................... 64
Hình 4. 5 Kết quả mơ phỏng ............................................................................... 64
Hình 4. 6 Kết quả mơ phỏng ............................................................................... 65

Hình 4. 7 Kết quả mơ phỏng ............................................................................... 65

5


Hình 4. 8 Kết quả mơ phỏng ................................................................................ 66
Hình 4. 9 Kết quả mơ phỏng ................................................................................ 66
Hình 4. 10 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 67
Hình 4. 11 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 67
Hình 4. 12 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 68
Hình 4. 13 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 68
Hình 4. 14 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 69
Hình 4. 15 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 69
Hình 4. 16 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 70
Hình 4. 17 Giao diện mơ phỏng ........................................................................... 71
Hình 4. 18 Giao diện PLC SIM ........................................................................... 71
Hình 4. 19 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 72
Hình 4. 20 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 72
Hình 4. 21 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 73
Hình 4. 22 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 73
Hình 4. 23 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 74
Hình 4. 24 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 74
Hình 4. 25 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 75
Hình 4. 26 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 75
Hình 4. 27 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 76
Hình 4. 28 Kết quả mơ phỏng .............................................................................. 76

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Bảng thống kê các đầu vào của PLC .................................................... 40
Bảng 3.2 Bảng thống kê các đầu ra của PLC....................................................... 42

6


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÂN NPK

1.1.

Giới thiệu chung về phân NPK

1.1.1. Khái niệm
NPK nhằm chỉ 3 nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nitơ, Photpho, Kali, tức
là 3 nguyên tố chính yếu cần bổ sung trước cho cây trồng, nhằm nâng cao khả
năng sinh trưởng và năng suất của cây trồng.
Phân NPK là loại phân bón hóa học chuyên cung cấp cho cây trồng 3 loại
nguyên tố dinh dưỡng này.
Ngồi các ngun tố trên thì phân NPK còn cung cấp cho cây trồng một số
loại nguyên tố dinh dưỡng khác như Ca, S, Mg…

Hình 1. 1 Hạt phân và bao phân NPK

1.1.2. Thành phần và tác dụng của phân NPK
Phân NPK gồm 3 thành phần chính là Đạm (N), Lân (P), và Kali (K). Tùy
vào từng loại phân NPK mà tỷ lệ của từng thành phần sẽ thay đổi.
a) Đạm ( N)
Đạm là loại nguyên tố dinh dưỡng quan trọng nhất, có tác dụng làm cây
xanh tốt, sinh trưởng chiều cao và khối lượng thân lá, hình thành hoa quả, mầm
chồi.
Thiếu đạm cây sẽ kém phát triển, sinh trưởng chậm, còi cọc, chồi búp bị
thui chột. Các lá non thường nhỏ, các lá già xuất hiện màu xanh sáng đến vàng

nhạt từ đỉnh xuống cuống, từ gân lá ra mép lá, rồi sau đó rụng đi.

7


Ngược lại nếu thừa đạm, cây sẽ rất yếu, thân lá vươn dài, rợp bóng ảnh
hưởng đến quang hợp. Cây dễ bị sâu bệnh tấn cơng, q trình phát triển thân lá
dài, quá trình ra hoa kết trái chậm lại.
b) Lân (P)
Lân đóng vai trị quan trọng cho sự hình thành các bộ phận mới của cây,
kích thích bộ rễ phát triển mạnh, kích thích q trình đẻ nhánh, ra hoa kết quả.
Tăng khả năng chống chịu và sức đề kháng cho cây trồng.
Thiếu lân rễ sẽ phát triển kém, cây trở nên còi cọc. Chồi non kém phát triển,
quá trình đẻ nhánh và phân nhánh kém. Hoa quả ít, quả chậm chín, khơng có hạt,
vỏ quả dày và xốp, dễ hư khi bảo quản. Kèm theo việc thiếu hụt Zn, Fe, Cu.
Thừa lân làm cho cây chín quả sớm, khơng kịp tích lũy được một vụ mùa
năng suất cao.
c) Kali (K)
Kali giữ vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa năng lượng trong q
trình đồng hóa các chất trong cây trồng, xúc tiến quá trình quang hợp, tổng hợp
hydrat cacbon và gluxit của cây.
Thiếu Kali cây phát triển chậm, còi cọc, thân yếu, dễ bị đổ. Lá hẹp, xuất
hiện các chấm đỏ, dễ héo rũ và khô. Làm tăng tỷ lệ hạt lép, giảm tỷ lệ nảy mầm
và sức sống của hạt giống. Quả nhỏ dễ bị nứt, vỏ quả dày và dễ bị rỗng ruột.
Thừa Kali lại làm cây không hút được các chất dinh dưỡng khác như Mg,
Na.., ức chế quá trình hấp thu đạm. Quả trở nên sần sùi và ảnh hưởng tới quá trình
hút canxi của cây. Hàm lượng Kali trong nông sản cao sẽ ảnh hưởng tới sức khỏe
người tiêu dùng.
1.1.3. Phân loại
Trên thị trường hiện nay đang có các loại phân NPK sau đây:

-

Loại 2 yếu tố N - P hoặc P - K, hoặc N – K với tỉ lệ NPK: 20-20-0
hoặc 20-0-20 hoặc 0-1-3..
Loại 3 yếu tố N P K với tỉ lệ 20-20-10 hoặc 20-10-25..
Loại 4 yếu tố N P K Mg (S,Ca..) có tỉ lệ 14-9-21-2 hoặc 16-16-813..

Các loại phân tổng hợp và hỗn hợp chỉ phát huy hiệu lực tốt khi được bón
đúng với yêu cầu của cây và phù hợp với tính chất của các loại đất. Vì vậy, muốn
sử dụng có hiệu quả các loại phân này cần nắm được đầy đủ và cụ thể đặc điểm
của cây và tính chất của đất.
Một số loại phân cụ thể:
 Phân diamophos (DAP):
- Phân có tỷ lệ các chất dinh dưỡng (N, P, K) là: 1:2,6:0.

8


Phân này được sản xuất bằng cách trộn super lân kép với sunphat
amơn. Phân có thành phần P2O5– 46%, N – 18%.
- Phân có hàm lượng lân cao, cho nên sử dụng thích hợp cho các
vùng đất phèn, đất bazan.
- Diamophos có thể sử dụng để bón cho nhiều loại cây trồng khác
nhau. Phân có thể sử dụng để bón lót hoặc bón thúc.
- Phân DAP có đạm, lân dễ tiêu, khơng làm chua đất.
 Phân ĐYT NPK
- Phân có tỷ lệ NPK: 6:11:2 chuyên dùng bón lót cho lúa (dạng trộn
3 hạt) trong thời kỳ sinh trưởng phát triển rễ, đẻ nhánh.
- Thành phần dinh dưỡng: ngoài các chất đa lượng là N = 6%, P2O5
= 11%, K2O = 2%; cịn có các chất trung lượng là S = 2%, MgO =

10%, CaO = 20%, SiO2 = 15% và các chất vi lượng như: B, Mn,
Zn, Cu, Co… tổng hàm lượng dinh dưỡng trên 60%.
-

1.2.

Giới thiệu về Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm
Thao

Cơng ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hòa chất Lâm Thao là một trong những
đứa con đầu lịng của nền cơng nghiệp Việt Nam, được khởi công xây dựng ngày
8 tháng 6 năm 1959 bên bờ sông Thao, trên đất Lâm Thao tỉnh Phú Thọ.

Hình 1. 2 Cơng ty Cổ phần Supe Phốt Phát và Hóa chất Lâm Thao
Trải qua quá trình xây dựng và phát triển hơn 60 năm, Cơng ty Cổ phần
Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao ln giữ vững vai trị lá cờ đầu trong ngành
sản xuất kinh doanh phân bón, hóa chất nước ta, cung ứng gần 20 triệu tấn phân

9


bón cho đồng ruộng, sát cánh cùng nơng dân cả nước làm nên những vụ mùa bội
thu, góp phần đưa nước ta trở thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ 2 trên thế giới.
Với mục tiêu hàng đầu là giữ vững và phát triển các sản phẩm truyền thống
phục vụ nông nghiệp, mở rộng và phát triển các ngành nghề sản xuất kinh doanh
khác mà Cơng ty đang có ưu thế, tạo sự phát triển ổn định lâu dài và vững chắc,
tối đa hóa lợi nhuận, đảm bảo quyền lợi hợp pháp cho cổ đơng, làm trịn nghĩa vụ
đối với Nhà nước, Công ty cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao đã và
đang triển khai sản xuất và kinh doanh trong một số lĩnh vực sau đây:
-

Sản xuất và kinh doanh phân bón, hóa chất, chế tạo, điện, nước, xi
măng, xăng dầu mỡ.
Thiết kế xây dựng các cơng trình; thiết kế, chế tạo, lắp đặt các thiết
bị dây chuyền sản xuất hóa chất.
Kinh doanh khách sạn, nhà hàng.
Kinh doanh các ngành khác theo quy định của pháp luật cho phép.

Các sản phẩm phân bón của cơng ty rất đa dạng về chủng loại cho từng loại
đất, từng loại cây trồng, từng thời kỳ phát triển của cây trồng. Một số loại sản
phẩm chủ yếu như: phân lân nung chảy, phân bón supe lân, phân bón NPK-S. Các
sản phẩm trên đều được kiểm định, đạt nhiều giải thưởng thương hiệu hàng Việt
Nam chất lượng cao, được tin dùng bởi nhà nơng.
Một số hình ảnh về dây chuyền sản xuất phân NPK của công ty cổ phần
Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao:

Hình 1. 3 Chuyến đi thực tế đến Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất
Lâm Thao

10


Hình 1. 5 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất phân NPK - S của nhà máy

Hình 1. 4 Xưởng sản xuất phân NPK

Hình 1. 6 Dây chuyền sản xuất phân NPK

11

Hình 1. 8 Hệ thống máy sấy thùng quay

Hình 1. 7 Hệ thống đóng bao tự động

Hình 1. 9 Phịng điều khiển hệ thống

12


1.3.

Quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK

1.3.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ
a. Ngun liệu sản xuất
Để có được sản phẩm phân NPK chất lượng cao thì điều đầu tiên cần lưu ý
đó là nguyên liệu đầu vào. Nguyên liệu phải đảm bảo về mặt chất lượng, ít bị lẫn
tạp chất, được bảo quản trong điều kiện tốt nhất có thể. Nguyên liệu đầu vào là
dạng viên sẽ được sơ chế và đưa vào kho chứa. Điều kiện bảo quản trong kho chứa
phải đảm bảo cho nguyên liệu không có độ ẩm quá cao tạo điều kiện thuận lợi cho
các khâu sản xuất sau này.
Các nguyên liệu đầu vào cho quá trình sản xuất phân NPK:
Nguyên liệu cung cấp Đạm: Đạm urê (46%N), Đạm Amoni Sunfat
(SA 21%N), Đạm Amon clorua (25%N), Đạm Amon Nitorat
(34%N)...
- Nguyên liệu cung cấp Lân: Lân nung chảy (15,5% P2O5hh), Supe
lân đơn (16,5% P2O5hh), Supe Lân kép (40% P2O5hh)...
- Nguyên liệu cung cấp Kali: Kali Clorua (60% K2O), Kali Sunfat
(52% K2O), Kali Cacbonat (56% K2O)...

- Cao lanh.
- Phụ gia.
b. Sơ đồ sản xuất phân NPK
Dựa vào quy trình sản xuât NPK của các nhà máy, ta có sơ đồ sản xuất
phân NPK như sau:
-

Hình 1. 10 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK
c. Quy trình cơng nghệ
Các cơng đoạn trong quy trình cơng nghệ sản xuất phân bón NPK được
chia thành 8 công đoạn :
-

Đinh lượng thành phần

Các nguyên liệu đầu vào được đưa vào các băng cân định lượng theo dạng
bột hoặc viên. Tỷ lệ các thành phần đã được quy định trước, sẽ quyết định lưu

13


lượng ra (kg/s) của mỗi loại nguyên liệu trên băng cân và tốc độ băng truyền. Các
băng cân định lượng sẽ được nối vào một băng truyền tống hợp để đưa tất cả các
nguyên liệu vào máy nghiền.
-

Nghiền nguyên liệu

Mục đích của q trình nghiền nhiên liệu nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
về độ mịn (<2mm), tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vê viên tạo hạt đồng thời

sản phẩm sau này có hình thức đẹp, tăng cường độ cứng cũng như bảo đảm đồng
đều các thành phần trong hạt phân và đảm bảo chất lượng phân. Nguyên liệu được
nghiền bằng máy nghiền, sau đó được băng tải vận chuyển nạp vào khâu tiếp theo.
-

Phối trộn nguyên liệu

Mục đích của q trình này là trộn đều các ngun liệu trước khi đưa sang
cơng đoạn vê viên. Ngồi ra, phối trộn nguyên liệu nhằm đảm bảo tỷ lệ giữa các
thành phần dinh dưỡng trong hạt phân. Các loại nguyên liệu như urê, SA (Sunfat
Amôn), supe photphat đơn, DAP (Diamon phosphate), KCI, phụ gia… tùy theo
yêu cầu tỷ lệ thành phần dinh dưỡng của sản phẩm mà chúng được trộn với tỷ lệ
phối liệu khác nhau. Thùng trộn có dạng thùng quay, đặt nghiêng, có mục đích là
đảo trộn đều các nguyên liệu, đảm bảo nguyên liệu được trộn đều với nhau trước
khi đưa sang vê viên, tạo hạt.
-

Vê viên tạo hạt

Mục đích của q trình này là tạo các hạt có kích thước mong muốn từ 2÷5
(mm) có thành phần dinh dưỡng và kích thước hạt đồng đều, có độ ẩm thích hợp
4.5÷6.0% để tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tiếp theo.
Hỗn hợp nguyên liệu sau khi đã trộn đều được băng tải đưa xuống máy vê
viên dạng đĩa. Hơi nước được đưa vào thiết bị này bằng vịi phun nhằm tạo độ ẩm
thích hợp cho nguyên liệu. Tại đây, nhờ lực ly tâm và trọng lực của các nguyên
liệu, độ ẩm do nước đưa vào, các hạt NPK dần dần được hình thành. Hạt NPK sau
đó sẽ chuyển xuống băng tải đưa sang cơng đoạn sấy.
-

Sấy

Mục đích của cơng đoạn sấy là tạo độ ẩm của hạt theo yêu cầu 2÷4% để
làm tăng độ cứng và tránh hiện tượng kết khối hạt.
Sau quá trình vê viên tạo hạt, NPK bán thành phẩm có độ ẩm khoảng
4.5÷6.0% được băng tải đưa chuyển vào máy sấy thùng quay. Khi nguyên liệu ẩm
được đưa vào trong máy từ phía đầu thùng quay, máy bắt đầu quay trịn và các
cánh bên trong làm nhiệm vụ đảo đều nguyên liệu. nguyên liệu được đảo đều như
vậy sẽ tiếp xúc với khí nóng đầy đủ và được tách hơi ẩm bay ra. Trong suốt quá
trình đảo và sấy như vậy, nguyên liệu được dịch chuyển từ phía đầu thùng quay

14


tới phía cuối thùng và đạt độ khơ cần thiết và cuối cùng ngun liệu được thốt ra
ngồi qua bộ cánh van sao. Khi nóng được cấp từ hệ thống lị hơi đốt than thơng
qua hệ thống quạt hút và quạt đẩy. Khí nóng dung để sấy NPK có nhiệt độ khoảng
250-2000oC và độ ẩm đạt 2÷4%. Dịng khí nóng sau khi trao đổi nhiệt với NPK
sẽ hạ xuống còn 110oC. Sau khi sấy NPK được đưa sang công đoạn sàng.
-

Sàng phân loại

Mục đích của cơng đoạn này là loại bỏ các hạt phân có kích thước khơng
mong muốn ( quá nhỏ hoặc quá to ).
Sản phẩm NPK sau khi sấy đến độ ẩm 2÷4 được chuyển lên sàng. Sàng
được động cơ truyền chuyển động qua cơ cấu rung lệch tâm. Sàng có cấu tạo gồm
02 lớp, lớp trên có kích thước mắt sàng là 5mm và lớp dưới là 2mm. Các hạt NPK
có kích thước lơn hơn 5mm được giữ lại trên mặt sàng thứ nhất và qua hệ thống
băng tải hồi lưu về công đoạn nghiền. Các hạt có kích thước nhỏ hơn 2mm được
giữ lại ở đáy và qua hệ thống băng tải hồi lưu về máy tạo hạt. Cịn lại các hạt đạt

kích thước đạt u cầu từ 2÷5(mm) nằm ở trên mặt sàng thứ hai được đưa vào
thiết bị làm nguội.
-

Làm nguội

Sản phẩm NPK sau q trình sàng phân loại có nhiệt độ khoảng 70-80oC
vào kích thước 2÷5 (mm), độ ẩm 2÷4% được đưa vào thiết bị làm nguội có dạng
thùng quay. Thùng quay được thiết kế đặt nghiêng, sản phẩm chuyển dịch từ đầu
thùng (cửa vào) đến cuối thùng (cửa ra). Khí trời được quạt hút cưỡng bức với tốc
độ nhanh vào thùng và đi ngược chiều với sản phẩm và làm hạ nhiệt của sản phẩm
từ 70-80oC xuống còn 30oC. Do trong quá trình sấy, hạt NPK được tích nhiệt nên
q trình bày hơi nước tiếp tục xảy ra tại băng tải sau sấy, tại sàng bán thành phẩm
và tại thiết bị làm nguội để ra sản phẩm cuối cùng có độ ẩm 0.6÷1.5%.
-

Đóng bao sản phẩm

Q trình đóng bao được thực hiện bởi máy khâu bao. Sản phẩm từ silo
chứa được cho tháo chảy xuống bao chứa đã hứng phía dưới và đặt trên một cân
định lượng, tiếp đó đóng miệng bao sản phẩm bằng máy khâu bao. Sau khi khâu
xong, bao phân sẽ được băng tải chuyển xuống xe đẩy đưa vào kho.

15


1.3.2. Mơ hình sản xuất và ngun lý hoạt động của mơ hình
a. Mơ hình sản xuất

Hình 1. 11 Mơ hình dây chuyền sản xuất phân NPK

Băng tải 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7: Các băng tải đưa nguyên liệu vào các khâu. Để
truyền động các băng tải này người ta dùng các động cơ không đồng bộ 3 pha roto
lồng sóc.
Van1, van2, van3, van4, van5, van6, van7, van8: các van cung cấp hoặc xả
nguyên liệu khi một khâu trong dây chuyền kết thúc. Đây là các van điện từ có
cấu tạo gồm 1 nam châm điện. Khi nam châm điện được cấp điện nó sẽ tác động
làm van mở ra. Khi mất điện, lò xo sẽ tác động làm van đóng lại.
CB-1, CB-2, CB-3: Các Loadcell đo khối lượng nguyên liệu đầu vào đảm
bảo tỉ lệ các thành phần của phân NPK.
CB- đầy 1, CB- cạn 1, CB- đầy 2, CB- cạn 2, CB- đầy 3, CB- cạn 3: các
cảm biến lượng nguyên liệu trong bồn của mỗi khâu trong dây chuyền.
CB4. Cảm biến phát hiện có bao, CB-SP: cảm biến phát hiện có 1 sản phẩm
đã hồn thành.
Van hơi nước: cung cấp hơi nước cho khâu tạo hạt.

16


b. Ngun lý hoạt động của mơ hình
Khi nhấn nút start thì băng tải 1 (chứa Kali), băng tải 2 (chứa Lân dạng
bột), băng tải 3 (chứa DAP: diamoni photphat) hoạt động để đưa nguyên liệu vào
bồn chứa để định lượng đồng thời băng tải 7 hoạt động và dừng khi cảm biến 4
báo (phát hiện có bao) để đưa bao phân vào vị trí để đựng phân thành phẩm. Cùng
lúc này van 8 mở để đưa phân từ bồn chứa vào bao.
Khi cảm biến 1 báo (đã đủ trọng lượng) thì băng tải 1 dừng đồng thời van
1 mở ra để đưa Kali vào bồn nghiền. Khi cảm biến 2 báo (đã đủ trọng lượng) thì
băng tải 2 dừng, đồng thời van 2 mở ra để đưa lân vào bồn nghiền. Khi cảm biến
3 báo (đã đủ trọng lượng) thì băng tải 3 dừng đồng thời van 3 mở để đưa DAP vào
bồn nghiền. Khi cảm biến đầy 1 báo (bồn nghiền đã đầy), van 1, van 2, van 3 đóng,
băng tải 1, băng tải 2, băng tải 3 tiếp tục hoạt động để đưa nguyên liệu vào bồn

chứa. Đồng thời động cơ nghiền hoạt động, thời gian nghiền theo quy định cho
trước.
Sau khi nghiền xong van 4 (van xả bồn nghiền) mở đưa nguyên liệu đến
băng tải 4, đồng thời băng tải 4 chạy đưa nguyên liệu vào bồn trộn. Khi cảm biến
cạn 1 (cảm biến báo cạn bồn nghiền) báo thì đóng van 4 (van xả bồn nghiền).
Cảm biến đầy 2 (cảm biến báo đầy bồn trộn) báo thì động cơ trộn hoạt động
và băng tải 4 dừng. Sau thời gian trộn quy định thì van 5 (van xả bồn trộn) mở thì
nguyên liệu được đưa đến bồn tạo hạt, đồng thời động cơ tạo hạt hoạt động và van
hơi nước mở đưa hơi nước vào bồn để tạo hạt. Khi cảm biến cạn 2 (cảm biến báo
cạn bồn trộn) báo thì van 5 đóng lại. Sau khi tạo hạt xong, phân được chuyển
xuống công đoạn sấy.
Khi cảm biến đầy 3 (báo đầy máy sấy) báo thì động cơ tạo hạt ngừng, đồng
thời động cơ sấy hoạt động đến khi cảm biến độ ẩm báo thì dừng, đồng thời van
6 (van xả máy sấy) mở đưa phân đến động cơ phân loại. Cùng lúc đó, động cơ
phân loại, động cơ làm nguội, và băng tải 5 (chuyển phân chưa đúng yêu cầu về
lại bồn nghiền) hoạt động. Khi phân được đưa vào động cơ phân loại, hạt nào đủ
kích thước sẽ cho qua thiết bị làm nguội cịn hạt nào khơng đủ kích thước thì đưa
lên băng tải 5 đưa phân không đạt về máy nghiền.
Khi làm nguội xong, cảm biến nhiệt báo, van 7 (van xả thùng làm nguội)
mở chuyển phân lên băng tải 6 đưa phân vào bồn chứa. Đồng thời động cơ phân
loại, động cơ làm nguội dừng.
Khi cảm biến cạn 3 (báo thùng làm nguội đã xả hết) báo, van 7 (van xả
thùng làm nguội) đóng lại. Khi phân đã vào bồn chứa thì bên dưới bao đựng đã
sẵn sàng. Khi cảm biến trọng lượng báo đủ van 8 đóng lại, động cơ may bao may
trong 2 phút rồi dừng, bao phân thành phẩm được đưa đi. Sau đó băng tải 7 (băng
tải chở bao) tiếp tục chạy để đưa bao vào vị trí, dây truyền tiếp tục hoạt động.

17

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA TRONG NHÀ MÁY SẢN
XUẤT NPK

2.1.

Khái niệm về SCADA và hệ SCADA nhà máy phân NPK

2.1.1. SCADA
Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ
thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các q trình từ xa. Người vận hành
có thể nhận biết đánh giá và điều khiển hoạt động các thiết bị thơng qua máy tính
và mạng truyền thơng.
Một hệ thống SCADA hoạt động bằng cách vận hành với các tín hiệu
truyền thơng qua các kênh để cung cấp cho người dùng các điều khiển từ xa của
bất kỳ thiết bị nào trong một hệ thống nhất định.
Nó cũng thực hiện trên một cơ sở dữ liệu phân tán, hoặc cơ sở dữ liệu thẻ,
có chứa các thẻ hoặc các điểm tọa độ trong toàn bộ nhà máy.
Các điểm này đại diện cho một giá trị đầu vào hoặc đầu ra đơn lẻ được hệ
thống SCADA giám sát hoặc điều khiển trong phòng điều khiển tập trung.
 Chức năng của hệ thống SCADA:
- Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm
biến.
- Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.
- Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.
- Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết
bị của nhà máy.
- Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời
và chính xác.
 Cấu trúc của một hệ thống SCADA:
- Giao diện quá trình: 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 khối các thiết bị đầu cuối từ
xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc các khối điều khiển logic
khả trình PLC (Programable 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 thiệt bị chuyển đổi dồn kênh
có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển
và máy chủ.

18


-

Hệ điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người máy HMI (Human Machine Interface), các trạm kỹ thuật, các trạm
vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.

2.1.2. Hệ SCADA trong nhà máy phân bón NPK
Hệ SCADA trong nhà máy sản xuất phân bón NPK có cấu trúc gồm các
thiết bị hiện trường, khối điều khiển logic khả trình PLC, hệ thống truyền thơng
và giao diện giám sát HMI.
Các thiết bị hiện trường bao gồm các van điều khiển, các cảm biến đo mức,
nhiệt độ, độ ẩm,..,các động cơ, máy móc và các thiết bị chuyển đổi. Hệ thống sử
dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC. Hệ truyền thông gồm các ghép nối tiếp
điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống. Phòng trung tâm điều
khiển gồm các máy tính cơng nghiệp, các phần mềm giám sát, giao diện HMI.
2.2.

Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC

2.2.1. Lịch sử phát triển và vai trị của PLC
Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng
tạo ra từ ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào
năm 1968 nhằm thay thế những mạch điều khiển bằng Rơle và thiết bị điều khiển
rời rạc cồng kềnh.
Đến giữa thập niên 70, công nghệ PLC nổi bật nhất là điều khiển tuần tự
theo chu kỳ và theo bít trên nền tảng của CPU. Thiết bị AMD 2901 và AMD 2903
trở nên ngày càng phổ biến. Lúc này phần cứng cũng phát triển: bộ nhớ lớn hơn,
số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên dụng hơn. Vào năm
1976, PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông,
khoảng 200 mét.
Đến thập niên 80, bằng sự nỗ lực chuẩn hoá hệ giao tiếp với giao diện tự
động hoá, hãng General Motors cho ra đời loại PLC có kích thước giảm, có thể
lập trình bằng biểu tượng trên máy tính cá nhân thay vì thiết bị lập trình đầu cuối
chuyên dụng hay lập trình bằng tay.
Đến thập niên 90, những giao diện phần mềm mới có cấu trúc lệnh giảm
và cấu trúc của những giao diện được cung cấp từ thập niên 80 đã được đổi mới.
Cho đến nay những loại PLC có thể lập trình bằng ngơn ngữ cấu trúc lệnh (STL),
sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD).
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Allen-Bradley,
General Motors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon…
PLC của Siemens gồm có các họ: Simatic S5, Simatic S7, Simatic
S500/505. Mỗi họ PLC có nhiều phiên bản khác nhau, chẳng hạn như:Simatic S7

19


có S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500… Trong đó mỗi loại S7 có nhiều
loại CPU khác nhau như S7-300 có CPU 312, CPU 314, CPU 316, CPU 3152DP….

Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC được xem như một trái tim,
với chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC. Nó điều khiển trạng
thái của hệ thống thơng qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của
chương trình logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến các thiết
bị đầu ra. PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy
tính chủ thơng qua mạng truyền thơng để điều khiển một q trình phức tạp.
2.2.2. Ưu thế của việc sử dụng PLC trong tự động hóa
- Thời gian lắp đặt ngắn.
- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà khơng gây tổn thất.
- Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng.
- Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển.
- Tính năng mở rộng: khả năng mở rộng xử lý bằng cách thay đổi
chương trình lập trinh một cách dễ dàng.
- Thích ứng trong các mơi trường khắc nghiệt như: nhiệt độ, áp
suất, độ ẩm, điện áp thay đổi,…
Rõ ràng so với hệ thống điều khiển dùng Rơle thì hệ thống điều khiển dùng
PLC có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh động, mềm dẻo, và hiệu quả giải quyết
bài toán cao.
2.2.3. Ứng dụng của PLC trong công nghiệp
- Điều khiển các Robot trong công nghiệp.
- Hệ thống xử lý nước sạch.
- Công nghệ thực phẩm.
- Công nghệ chế biến dầu mỏ.
- Công nghệ sản xuất vi mạch.
- Điều khiển các máy công cụ.
- Điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất.
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
- …
Trong khuôn khổ phạm vi đồ án tốt nghiệp, chúng em tập trung vào tìm
hiểu hệ điều khiển của Siemens để giải quyết bài toán đo lường điều khiển trong

dây chuyền sản xuất NPK. Siemens cung cấp nhiều giải pháp cho các hệ tự động
hóa cơng nghiệp trong đó có thể kể đến các bộ điều khiển khả trình S7-200, S7300, S7-400, S7-1200/1500,… Do yêu cầu về đáp ứng điều khiển cũng như cung
cấp giao diện người máy thuận lợi cho người vận hành nên chúng lựa chọn PLC
S7-300 kết hợp với WinCC cho bài toán của mình. Phần tiếp theo sẽ là trình bày
của chúng em về S7-300, phầm mềm Step7 và phần mềm WinCC.

20


2.3. PLC S7-300
PLC S7-300 là 1 dòng PLC mạnh của Siemens, S7-300 phù hợp cho các
ứng dụng lớn và vừa với các yêu cầu cao về các chức năng đặc biệt như truyền
thông mạng công nghiệp, chức năng công nghệ, và các chức năng an toàn yêu cầu
độ tin cậy cao. PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình.
Thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới.
2.3.1. Phần cứng của một trạm PLC S7-300
PLC S7-300 được thiết kế theo kiểu module. Các module này sử dụng cho
nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận
tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống.
Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng, song tối thiểu
bao giờ cũng có một module chính là module CPU. Các module cịn lại là những
module truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài, các module
chức năng chuyên dụng… Chúng được gọi chung là các module mở rộng.
Các module mở rộng gồm có:
-

Module nguồn (PS).
Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM) gồm có DI, DO, DI/DO,
AI, AO, AI/AO.
Module ghép nối (IM).

Module chức năng điều khiển riêng (FM).

Module phục vụ truyền thơng (CP).

Hình 2. 1 Cấu trúc chung của một trạm PLC S7-300

21


 Modul nguồn PS 307 của PLC S7-300
Module PS 307 có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn xoay chiều 120/230V thành
nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của PLC. Ngồi ra cịn
có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các cảm biến và các cơ cấu tác động có cơng
suất nhỏ. Module nguồn thường được lắp đặt bên trái hoặc phía dưới của CPU tuỳ
theo cách lắp đặt theo bề ngang hoặc theo chiều dọc. Module nguồn PS 307 có 3
loại: 2A, 5A và 10 A gồm có:
-

-

Một đèn Led báo hiệu trạng thái điện áp ra 24 V.
Một công tắc dùng để bật / tắt điện áp ra.
Một nút dùng để chọn điện áp đầu vào là 120 VAC hoặc 230VAC.
Mặt sau của module gồm có các lỗ dùng để nhận điện áp vào và ra.

Hình 2. 2 Module nguồn và khối xử lý trung tâm

 Khối xử lý trung tâm (CPU)
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ định thời, bộ đếm và cổng truyền thông (RS485)… và có thể có một vài cổng

vào/ra số. Các cổng vào ra số này được gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 các module CPU được đặt tên theo bộ vi xử lí có
trong nó, như : module CPU312, module CPU314, module CPU315,…
Ngồi ra cịn có các module được tích hợp sẵn cũng như các khối hàm đặt
trong thư viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào /ra onboard,
được phân biệt bằng cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ
module CPU312 IFM, module CPU314 IFM… Bên cạnh đó cịn có loại CPU với
hai cổng truyền thơng, trong đó cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ nối
mạng phân tán và kèm theo phần mềm tiện dụng tích hợp sẵn trong hệ điều hành.

22


Các loại module CPU này được phân biệt bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed
port) trong tên gọi. Ví dụ: module CPU315-2DP, module CPU316-2DP.
 Module mở rộng cổng tín hiệu (SM)
Digital Input Module: Module mở rộng các cổng vào số, có nhiệm vụ nhận
các tín hiệu số từ các thiết bị ngoại vi vào vùng đệm để xử lý, gồm có các module
sau:
-

SM 321 DI16xAC120 V
SM 321 DI16xDC24 V
SM 321 DI16x24VDC, interrupt
SM 321 DI8xAC120/230V
SM 321 DI32xDC24V,…

Digital Output Module: Module mở rộng các cổng ra số, có nhiệm vụ xuất
các tín hiệu từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi, một số loại module ra số:
-

SM 322 DO16xAC120V/0.5A
SM 322 DO16xDC24V/0.5A
SM 322 DO 8xAC120/230V/1A, …

Digital Input/ Output Module: module mở rộng các cổng vào/ra số. Tích hợp
nhiệm vụ của hai loại module trên. Gồm có các loại sau:
-

SM 323 DI16/DO16x24V/0.5A
SM 323 DI8/DO8x24V/0.5A
SM 323 DI8/DO8xDC24V/0.5A…

Analog Input Module: Module mở rộng các cổng vào tương tự, có nhiệm
vụ chuyển các tín hiệu tương tự từ bên ngồi thành các tín hiệu số để xử lý bên
trong S7-300. Gồm các loại module sau:
-

SM 331 AI2x12bit
SM 331 AI8x12bit
SM 331 AI8x16bit…

Analog Output Module: Module mở rộng các cổng ra tương tự, có nhiệm vụ
chuyển các tín hiệu số bên trong S7-300 thành các tín hiệu tương tự để phục vụ
cho quá trình hoạt động của các thiết bị bên ngoài. Gồm các loại module sau:
-

SM 332 AO2x12bit
SM 332 AO4x12bit
SM 332 AO4x16bit…

23


Analog Input/Output Module: là module tích hợp nhiệm vụ của hai loại trên.
Gồm có:
-

SM 334 AI4/AO2
SM 334 AI4/AO2x12bit
SM 334 AI4/AO4x14/12bit…

Hình 2. 3 Module vào ra số (DI/DO) và tương tự (AI/AO)
 Module ghép nối ( Interface module-IM)
Là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ ghép nối từng nhóm module mở
rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU.
Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các
racks này phải được nối với nhau bằng module IM. Module IM gồm có các loại:
-

IM 360
IM 361
IM 365

Hình 2. 4 Module ghép nối IM
 Module chức năng điều khiển riêng (FM)
Là module chức năng có chức năng điều khiển riêng. Những khối chức
năng FM thay thế các khối IP. Có chức năng đặc biệt như đếm, định vị, điều khiển
hồi tiếp, điều khiển động cơ bước, động cơ servo, mnodule PID…

24


 Module truyền thông (CP)
Là module xử lý truyền thông. Module này dùng để truyền thông trong
mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. Gồm có các loại: Nối
tiếp điểm (PPI_Point To Point Interface), mạng Profibus, mạng Ethernet công
nghiệp.
2.3.2. Tổ chức bộ nhớ trong CPU của PLC S7-300
Kích thước của các vùng nhớ này tuỳ thuộc vào chủng loại của từng module
CPU. Bộ nhớ của CPU bao gồm các vùng nhớ sau:





Vùng nhớ chứa các thanh ghi.
Vùng Load Memory.
Vùng Work Memory
Vùng System Memory.

Hình 2. 5 Các vùng nhớ của CPU
 Load memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng (do người sử
dụng viết) bao gồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB,
các khối chương trình trong thư viện hệ thống được sử dụng (SFC, SFB)
và các khối dữ liệu DB. Vùng nhớ này được tạo bởi một phần bộ nhớ
RAM của CPU và EEPROM (nếu có EEPROM). Khi thực hiện động
tác xóa bộ nhớ (MRES), tồn bộ chương trình và khối dữ liệu nằm trong
RAM sẽ bị xóa. Cũng như vậy, khi chương trình hay khối dữ liệu được
download từ thiết bị lập trình (PG, máy tính) vào module CPU, chúng

sẽ được ghi lên phần RAM của vùng nhớ Load memory.
 Work memory: là vúng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối
chương trình (OB, FC, FB, SFC, SFB) đang được CPU thực hiện và

25


phần bộ nhớ cấp phát cho những tham số hình thức để các khối chương
trình khác (local block). Tại một thời điểm nhất định vùng Work
memory chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi khối chương trình đó
được thực hiện xong thì hệ điều hành sẽ xóa khỏi Work memory và nạp
vào đó khối chương trình kế tiếp đến lượt được thực hiện.
 System memory: là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào/ra số (Q, I), các
biến cờ (M), thanh ghi C-Word, PV, T-bit của Timer, C-bit của Counter.
Việc truy cập, sửa lỗi dữ liệu những ô nhớ này được phân chia hoặc bởi
hệ điều hành của CPU hoặc do chương trình ứng dụng.
Các vùng nhớ được trình bày ở trên khơng có vùng nhớ nào được dùng làm
bộ đệm cho các cổng vào/ra tương tự. Nói cách khác các cổng vào/ ra tương tự
khơng có bộ đệm và như vậy mỗi lệnh truy nhập module tương tự ( đọc hoặc gửi
giá trị) đều có tác dụng trực tiếp tới các cổng vật lý của module.
2.3.3. Vịng qt chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vịng lặp được gọi là
vòng quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ
cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong
từng vịng qt chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của
khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển
các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng
giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng
quét (Scan time). Thời gian vịng qt khơng cố định mà tuỳ thuộc vào số lệnh

trong chương trình được thực hiện và khối lượng dữ liệu được truyền thơng trong
vịng qt đó.

Hình 2. 6 Vịng qt chương trình
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tuợng xử lý, tính tốn và việc gửi tín
hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian
vịng qt. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định thời gian thực của
chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vịng qt càng ngắn, tính thời gian
thực của chương trình càng cao.

26