BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
MÃ SỐ : 140.11 RD/HĐ-KHCN Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ ĐIỀU KHIỂN TRẠM
TRỘN BÊ TÔNG TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHÚNG Hà nội, tháng 11/2011
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI


3 Nguyễn Trung Kiên Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
4 Nguyễn Hữu Vĩnh Kỹ sư tin học Viện máy và DCCN
5 Nguyễn Văn Thoại Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
6 Nguyễn Trí Đồng Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
7 Đào Nhật Minh Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
8 Dương Văn Nghĩa Kỹ sư TĐH Viện máy và DCCN
9 Nguyễn Chí Cường Thạc sỹ tin học Viện máy và DCCN

3
BÁO CÁO TÓM TẮT TÌNH HÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ NĂM 2011

1. Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ điều khiển trạm trộn bê tông trên
cơ sở ứng dụng công nghệ nhúng “
2. Chủ nhiệm đề tài: Ths Nguyễn Hoài Anh

tính năng hiện đại. Hệ thống điều khiển đã được chạy thử, kiểm tra các tính năng
hoạt động với kết quả khả quan, đáp ứng được các yêu cầu của một hệ thống điều
khiển trạm trộn bê tông tự động hiện đại.
Việc ứng dụng điều khiển nhúng cho các thiết bị cơ - điện tử
là công nghệ rất
mới ở nước ta, các nghiên cứu trên đây mới chỉ là những ứng dụng thực tế ban
đầu đặt nền móng cho những nghiên cứu khác vì vậy nhóm đề tài rất mong được
sự ủng hộ của các ngành để có được những ứng dụng sâu hơn ở những nghiên
cứu tiếp theo.

Nhóm thực hiện đề tài đã thực hiện đầy đủ các nội dung giai đoạ
n 2 của đề tài đã
đăng ký ban đầu. Kính đề nghị các cấp xem xét cho phép đề tài được nghiệm thu.

Hà nội, ngày tháng 11 năm 2011
Chủ nhiệm đề tài

Ths. Nguyễn Hoài Anh

thống điều khiển nhúng phù hợp với điều kiện Việt Nam. 20

2.2.2. Công nghệ chế tạo tủ điện động lực và điều khiển 23
2.2.3. Thiết kế sơ đồ lắp ráp mạch tủ điện 24
2.2.4. Qui trình công nghệ thi công tủ điện 25
2.2.5. Qui trình công nghệ thử nghiệm tủ điện 26
2.3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO
TRẠM TRỘN BÊ TÔNG DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN NHÚNG 33

2.3.1 Lựa chọn phần mềm cơ sở 33
2.3.2 Xây dựng các bài toán và phần mềm điều khiển nhúng 44
2.3.3 Xây dựng chương trình phần mềm thu thập dữ liệu, quản lý sản xuất 64
2.4. LẮP ĐẶT TỔNG THỂ TOÀN BỘ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TỰ ĐỘNG 120 m3/h.
73

6
2.5. KẾT QUẢ 73

CHƯƠNG 3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
PHỤ LỤC I 78
PHỤ LỤC II 78
PHỤ LỤC III 787
Lời mở đầu

Đất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển, hàng loạt các công trình xây dựng

biệt như: bê tông lạnh, bê tông đầm lăn, bê tông khối lớn, ngoài ra nhiều công
trình lớn cần thiết bị trạm trộn bê tông rất lớn như
: công trình thủy điện Đồng Nai
4 sử dụng trạm trộn bê tông 360 m3/h, công trình thủy điện Bản Chát sử dụng

8
trạm trộn bê tông đến 500 m3/h, Do vậy trong quá trình sản xuất các trạm trộn
bê tông trong nước đang rất cần sự đầu tư nghiên cứu để nâng cấp sản phẩm hiện
tại đáp ứng nhu cầu thực tế.
Trước nhu cầu cấp bách trên việc nghiên cứu thành công đề tài: “Nghiên cứu
thiết kế, chế tạo hệ điều khiển trạm trộn bê tông trên cơ sở ứng dụ
ng công nghệ
nhúng“ có một ý nghĩa rất lớn đáp ứng yêu cầu cấp bách của sản xuất trong nước
và là bước đi đầu tiên đặt nền móng cho các nghiên cứu ứng dụng của điều khiển
nhúng cho các thiết bị cơ-điện tử công nghệ cao khác.
Do thời gian có hạn nên đề tài không tránh khỏi những sai sót, nhóm đề tài rất
mong được sự đóng góp của các cấp và các đồng nghiệp để
đề tài hoàn thiện hơn.
Thay mặt nhóm đề tài chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ của các ngành,
các cấp đặc biệt là Bộ Công Thương, Viện máy và dụng cụ Công nghiệp và các
đồng nghiệp đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài này.

• Ứng dụng các công nghệ điều khiển tiên tiến và hiện đại nhất hiện nay để
tạo ra các sản phẩm cơ - điện tử công nghệ cao ngang tầm với các nước
công nghiệp phát triển. Cụ thể là nghiên cứu chế tạo 01 hệ điều khiển trạm
trộn bê tông trên cơ sở ứng dụ
ng công nghệ nhúng.
• Tạo tiền đề cho việc xây dựng các hệ thống điều khiển cho các sản phẩm cơ
- điện tử công nghệ cao khác ứng dụng công nghệ điều khiển nhúng – một
công nghệ điều khiển mới được ứng dụng mạnh mẽ trên thế giới trong
tương lai.

10
• Các hệ nhúng là những hệ kết hợp phần cứng và phần mềm một cách tối ưu,
nó thường hoạt động trong chế độ thời gian thực, bị hạn chế về bộ nhớ
nhưng chúng hoạt động tin cậy và tiêu tốn ít năng lượng. Các hệ nhúng rất
đa dạng và có nhiều kích cỡ, khả năng tính toán khác nhau. Ngoài ra các hệ
nhúng thuờng phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệ
t có độ nóng ẩm,
rung xóc cao.
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng của hệ điều khiển nhúng trên thế
giới
• Trong thời gian gần đây do yêu cầu ngày càng cao của thực tế các bài toán
điều khiển, tự động hóa ngày càng lớn và phức tạp vì vậy các hệ thống điều
khiển cũ bắt đầu xuất hiện các hạn chế, Do đó các hãng tự động hóa lớn trên
thế gi
ới đầu tư nghiên cứu và đưa ra hệ thống điều khiển mới gọi là “điều
khiển nhúng” .
• Với sự phát triển của công nghệ thông tin và điện tử, hệ thống nhúng trong
công nghiệp với thuật ngữ “Embedded Automation”. Hệ thống điều khiển
nhúng của hãng SIEMENS – CHLB Đức là ví dụ cho điều khiển nhúng ứng
dụng trong công nghiệp. Theo hang SIEMENS hệ thống điều khi

công ty cổ phần CadPro, gia công phần mềm nhúng cho các hãng lớn
của nước ngoài như: Hitachi, Mitsubishi,

12
• Các bài toán ứng dụng hệ điều khiển nhúng chủ yếu là các bài toán nhỏ và
các ứng dụng đơn giản. Trong xu thế hội nhập hiện nay nhu cầu xây dựng
các hệ thống điều khiển đặc biệt là điều khiển nhúng cho các dây chuyền và
thiết bị lớn, phức tạp trong nước rất lớn nhằm chủ động sản xuất và làm chủ
công nghệ trong sản xuất c
ủa mình.
1.5. Khảo sát các hệ thống điều khiển ứng dụng trong trạm trộn bê tông
hiện đang sử dụng trong nước và trên thế giới
a) Hệ thống điều khiển của hãng Advanced Control Systems Inc (ACS) –
CHLB Đức: Xin xem ở báo cáo giai đoạn I
b) Hệ thống điều khiển của hãng ELBA - CHLB Đức: Xin xem ở báo cáo giai
đoạn I
c) Hệ thống điều khiển c
ủa hãng Bikotronic GmbH – CHLB Đức: Xin xem ở
báo cáo giai đoạn I
d) Hệ thống điều khiển của Viện IMI: Xin xem ở báo cáo giai đoạn I

1.6. Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông dùng bộ điều khiển
nhúng
a) Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển bao gồm:
• Điều khiển hệ thống cân: cân cốt liệ
u, cân xi măng, cân nước,…
• Điều khiển hệ thống chuyển cốt liệu lên cối trộn: băng tải, skip
• Điều khiển hệ thống cửa xả: xả xi măng, xả nước, xả bê tông, xả phụ gia,…
Với việc thực hiện các mô hình và hệ thống điều khiển trên xác định được đầu
vào ra của bộ điều khiển như sau:

Thiếtbịđiện
động lực
(Khởi động
từ, aptomat, )
Cơ cấuchấp
hành (động
cơ, van điện
khí,…)
Mô đun vào ra,
thu thậptínhiệu
tạichỗ
(Cụmthiếtbị
lạnh)
Rơ le trung
gian, thiếtbị
điện động lực
(Khởi động
từ, aptomat, )
Cơ cấuchấp
hành (động
cơ, van điện
khí,…)
MÁY IN
BỘ ĐIỀU KHIỂN NHÚNGBỘ ĐIỀU KHIỂN NHÚNG
Cảmbiến
khốilượng
cho các cân
(loadcell)
Bộ khuyếch
đạitínhiệu

từ, aptomat, )
Cơ cấuchấp
hành (động
cơ, van điện
khí,…)

Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống nhúng cho trạm trộn
Yêu cầu đối với bộ điều khiển nhúng:
• Tín hiệu vào số: 32 tín hiệu
• Tín hiệu vào analog: 08 đầu vào analog
• Tín hiệu ra số: 32 tín hiệu
• Bộ vi xử lý trung tâm cài đặt các phần mềm nhúng chuyên dụng và phần
mềm quản lý cơ bản nhằm phục vụ công tác lưu trữ và quản lý dữ liệu trong
quá trình vận hành.
• Có khả năng mở rộng thêm các môđun vào-ra (tín hiệu vào, tín hiệu ra số
hoặc analog) để sử dụng cho các trạm trộn bê tông đặc biệt như: bê tông
đầm lăn, bê tông lạnh,

14
• Có khả năng mở rộng cho các môđun đặc biệt như: môđun nhiệt độ, để
đáp ứng yêu cầu của những trạm đặc biệt.
Qua quá trình nghiên cứu và phân tích thực tế nhóm đề tài chọn bộ điều khiển
nhúng của hãng Siemens – CHLB Đức là phù hợp với trạm trộn bê tông sản xuất
trong nước hiện nay.
Bộ điều khiển nhúng của hãng Siemens – CHLB Đức bao gồm:
•
01 bộ CPU nhúng IPC427C BUNDLE:

¾ Hệ thống trạm trộn 120m3/h.

Hình 4. Bản vẽ tổng thể trạm trộn bê tông năng suất 120 m3/h
Trạm trộn bê tông lạnh 120 m3/h như trên bao gồm có 02 cân cốt liệu, mỗi
cân gồm 04 thành phần được định lượng theo nguyên tắc cộng dồn từng thành
phần. Sau khi cân xong băng tải cân sẽ chuyển cốt liệu đã định lượng vào băng tải
xiên rồi chuyển lên phễu cốt liệu trung gian. Cân xi, cân nước, cân tro bay, cân
phụ gia được định lượ
ng độc lập sau đó phối hợp cùng với cốt liệu ở phễu trung
gian để xả xuống cối trộn. Tại cối trộn các vật liệu được trộn với nhau sau một
khoảng thời gian trộn sẽ thành bê tông và xả ra.
¾ Hệ thống làm lạnh nước.

17
Hệ thống làm lạnh nước với thiết bị chính là Water Chiller đóng vai trò hết
sức quan trọng. Hệ thống này làm giảm nhiệt độ của nước từ nhiệt độ bình
thường (khoảng 20
o
C) xuống 5-7
o
C. Nước sau khi được hệ thống làm lạnh sẽ
được sử dụng để làm đá vẩy và trộn bê tông thay cho nước bình thường để làm
giảm nhiệt độ của hỗn hợp bê tông sau trộn.
Bộ điều khiển Chiler đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống làm lạnh ,
quyết định khả năng làm việc , tính hiệu quả của thiết bị . Nhóm đề tài sử dụng bộ
điề
u khiển nhúng để điều khiển hệ thống làm lạnh nước. Sơ đồ tổng quan bộ điều
khiển như sau:
2.1.2. Cấu hình trạm hiện tại
Hiện nay các bộ điều khiển trạm trộn bê tông dự lạnh tại Việt Nam và trên thế
giới thường thấy bao gồm 03 bộ điều khiển độc lập, một số hãng thì 03 bộ điều
khiển đó có khả năng ghép nối truyền thông với nhau. Do đó để điều khiển đồng
bộ cả hệ thống s
ẽ gặp một số vấn đề về phối hợp hoạt động đồng bộ cả hệ thống.
2.1.3. Cấu hình điều khiển nhúng
Bộ điều khiển nhúng bao gồm 01 bộ CPU nhúng IPC427C BUNDLE kết nối
với các mô đun thu thập tín hiệu ET200M. Mỗi mô đun ET200M lại được gắn
cùng với các mô đun mở rộng như mô đun đầu vào số (Digital Input), mô đun đầu
ra số (Digital Output), mô
đun vào/ ra tương tự (Analog Input/ Output). Các tín
hiệu của hệ thống được bộ điều khiển nhúng IPC 427C thu nhận và điề khiển qua
các mô đun này.
Kết luận:
Hệ thống điều khiển nhúng với cấu hình như trên đã đáp ứng được yêu cầu về bài
toán điều khiển đồng bộ hệ thống trạm trộn bê tông dự lạnh 120m3/h. Hệ thống có
khả nă
ng điều khiển và giám sát hoàn toàn hệ thống từ điều khiển quá trình trạm
trộn, quá trình sản xuất nước lạnh đến quá trình sản xuất đá mảnh, đá vẩy.


5. Ổ cứng 250Gb và thẻ CF thay thế cho ổ cứng truyền thống.
6. Tích hợp sẵn 04 cổng giao diện USB 2.0
7. 02 cổng kết nối Gigabit Ethernet có khả năng kết nối với các thiết bị
điều khiển theo chuẩn truyền thông công nghiệp.
8. Tích hợp sẵn cạc CP5611 có 01 cổng giao tiếp Profibus với các thiết bị
điều khiển, các module chức năng mở r
ộng như bộ thu thập tín hiệu
ET200M.
Hình 8. Bộ thu thập tín hiệu ET200M
9. 01 bộ thu thập tín hiệu ET200M cho phép mở rộng I/O với hệ thống
thông qua cổng truyền thông Profibus. Nhóm đề tài sử dụng ET200M
để kết nối IPC427 box với các loại module mở rộng sau:
- Modul đầu vào số ( Digital Input )

22
- Modul đầu ra số ( Digital Output )
- Modul vào/ra tương tự ( Analog In/Output )
b. Tính chọn thiết bị động lực.
Thiết bị điện động lực trong trạm trộn bê tông lạnh chủ yếu là các Aptomat,
Khởi động từ, Rơle trung gian, Sau khi nghiên cứu kỹ tính năng các thiết bị
nhóm đề tài đã quyết định lựa chọn các thiết bị sản xuất bởi các hãng của Hàn
quốc như LG, Hanyoung, Sungho,
Các công tắc tơ, áptômat được lựa ch
ọn để điều khiển hoặc bảo vệ các động
cơ phải có dòng làm việc tối thiểu bằng dòng định mức của động cơ trong đó
I
đc
= P
đm
/ 3 .U.cosϕ

khiển xây dựng chế tạo hệ thống điện động lực và điều khiển như sau:

Xây dựng bảng kê
chi tiết các thiết bị điện
Thiết kế vỏ tủ đi
ệ
n
Thiết kế vị trí, bố trí
các linh kiện trong tủ điện
Đấu dâ
y
tron
g
các bản
g
điện của tủ điện
Lắp đặt hoàn chỉnh tủ điện
Lắp đặt và đấu nối các thiết bị điều khiển
bên ngoài vào tủ
Chạy thử từng phần
Chạy thử liên động theo thiết kế 24

Chọn các thiết bị điều khiển động lực
Thiết kế vị trí lắp
đặt các nút ấn, đèn báo, còi,
Xác định kích thước
các thiết bị điện cung cấp
Thiết kế vị trí lắp
đặt các thiết bị bảo vệ

Thiết kế sơ bộ vị trí
lắp đặt các thiết bị điện động lực

Tính toán kích thước tấm bắt linh ki
ệ
n
Thi
ế
t k
ế

vỏ
t
ủ

đ
i
ệ
n


Thi
ế
t k
ế

s
ơ

đ
ồ
n
guy
ê
n l
ý
Thiết kế sơ đồ lắ
p

p
rá
p
các thiết bị
Lắp các tấm bắt linh kiện, các bảng điện
Kiểm tra liên độn
g
tại xưởn
g

Đấu điện kiểm tra từn
g

p
hần và ở chế độ ta
y

Kiểm tra tổn
g
thể toàn b
ộ
tủ đi
ệ
n
Chạy thử không tải và có tải,
kiểm tra hiệu chỉnh tham số cho phù hợp

Lắp đặt tủ điện vào thiết bị,đi dây bên ngoài