BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC
HỆ THỐNG SCADA, DCS VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
Họ và tên HS-SV : Nhóm 12
1. Nguyễn Viết ý
2. Đặng Văn Việt
3. Mai Hoàng Anh
Lớp : ĐH TĐH 2
Khoá : 7……………………………………………………… Khoa : Điện………….………………………………….

NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm WinCC và bộ
điều khiển PLC S7-200 - Sử dụng khối hàm SBR Subroutine

PHẦN THUYẾT MINH
Chương 1- Tổng quan về công nghệ trạm trộn bê tông
Chương 2- Thiết kế phần mềm điều khiển trên S7-200
Chương 3- Thiết kế giao diện điều khiển giám sát
Chương 4- Kết quả mô phỏng.

Ngày giao đề : 8/10/2015 Ngày hoàn thành : 10/12/2015

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Hoàng Quốc Xuyên

Mô Hình ĐiềKhiển - Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông

Nhóm 12

Page 3


LỜI MỞ ĐẦU
Ngành Tự Động Hóa là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết định cho
sự phát triển của một quốc gia. Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong những ngày đầu, đến
nay ngành tự động hóa Việt Nam đã có những buớc phát triển vượt bậc với hệ thống cơ sở hạ
tầng, công nghệ kỹ thuật hiện đại.Ngành tự động hóa được xem như là huyết mạch của nền
kinh tế, phát triến dịch vụ tự động hóa sẽ tạo điều kiện cho các ngành kinh tế khác phát triển.
Ngày nay, hệ thống điều khiến tự động không còn quá xa lạ với chúng ta. Nó được ra đời
từ rất sớm, nhằm đáp ứng được nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người. Vì vậy điều
khiến tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng của
ngành điều khiến tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người.
Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC trong quá trình sản xuất bê tông
tại các trạm trộn bê tông xi măng thực sự đã mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho quá trình
sản xuất. Vì vậy, nhằm tạo điều kiện tốt nhất đế có thế tiếp xúc, làm quen với các thiết bị tự
động và vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Nhóm em đã chọn đề tài: “ Thiết kế hệ
thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông”.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã cố gắng tìm hiếu và học hỏi. Nhưng
do khả năng còn hạn chế nên có những sai xót mong nhận được sự thông cảm từ thầy giáo.

Nhóm 12

Page 4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
I. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG

Page 5


Loại phụ gia hoạt động bề mặt này mặc dù được sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả
năng cải thiện đáng kế tính chất của hỗn họp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của
bê tông.
+Loại phụ gia rắn nhanh:
Loại phụ gia rắn nhanh này có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong
điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông. Hiện nay trong công nghệ sản xuất
bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng.

1.3 Môt số tính chất đặc thù của bê tông:
1.3.1. Cường đô của bê tông:
Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực tác động từ bên ngoài
mà không bị phá hoại.
Cường độ của bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó. Cường độ của bê tông phụ
thuộc vào tính chất của xi măng, tỷ lệ nước và xi măng, phương pháp đố bê tông và điều kiện
đông cứng.
Đặc trưng cơ bản của cường độ bê tông là "mác" hay còn gọi là "số liệu".
Mác bê tông ký hiệu M ( xem bảng 1.1.1 ), là cường độ chịu nén tính theo (N/cm 2) của
mẫu bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15cm, tuổi 28 ngày được
dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn ( nhiệt độ 20°c ± 2°C), độ ẩm không khí
90% đến 100%. Mác M là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu.
Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế sau:
• Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500,
M600.
Nhóm 12

Page 6


250

293

0.479

0.846

195

341

0.461

0.835

195

300

390

0.438

0.829

195

350


Nhóm 12

Page 7


1.3.3 Tính chống thấm của bê tông:
Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết cấu bê tông.
Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của nó. Để tăng cường tính
chống thấm phải nâng cao độ chặt của bê tông bằng cách đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp
phối hạt của cốt liệu, giảm tỷ lệ nước, xi măng ở vị trí số tối thiếu. Ngoài ra để tăng tính
chống thấm người ta còn trộn bê tông một số chất phụ gia.

1.3.4 Quá trình đông cứng của bê tông và biên pháp báo quản:
Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào quá trình đông cứng của xi măng thời
gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút... Vì vậy sau khi trộn bê tông xong cần phải đố
ngay đế tranh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước khi đổ thời gian từ lúc bê tông ra
khỏi máy trộn đến lúc đố xong 1 lớp bê tông (không có tính phụ gia) không quá 90' khi dùng
xi măng pooclăng không quá 110', khi dùng xi măng pooclăng xỉ, tro núi lửa, xi măng
pulơlan. Thời gian vận chuyển bê tông (kế từ lúc đố bê tông ra khỏi máy trộn) đến lúc đổ vào
khuôn và không nên lâu quá làm cho vữa bê tông bị phân tầng.
Thời gian vận chuyên cho phép của bê tông (không có phụ gia):
Nhiệt độ (°c )

Thời gian vận chuyến (phút)

20 đến 30

45

10 đến 20

2.1 Giói thiêu chung:
Trạm trộn bê tông xi măng là một tống thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm thiết bị này
phải phối hợp nhịp nhàng với nhau đế hoà trộn các thành phần: cát, đá, nước, phụ gia và xi
măng tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng. Một trạm trộn bê tông có các yêu cầu chung sau
Nhóm 12

Page 9


đây:
- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ nhất.
- Cho phép sản xuất được sản xuất được hai loại hỗn họp bê tông khô hoặc ướt.
- Hỗn họp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyến.
- Trạm làm việc êm không ồn, không gây ô nhiếm môi truờng.
- Lắp dựng sửa chữa đơn giản.
- Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay.
2.2 Phân loai:
Có hai loại trạm trộn bê tông xi măng chính như sau:
> Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng băng tải.
> Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu.
2.3 Cấu tao chung tram trôn bê tông xi măng:
Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng tuy nhiên nhìn chung đều bao gồm các
cụm và thiết bị sau:
- Cụm cấp liệu
- Thiết bị định lượng (cát, đá, xi măng, nước và phụ gia).
- Hệ thống điều khiến.
- Thiết bị trộn- máy trộn.
-Kết cấu thép.
2.3.1 Cụm cấp liệu:
❖ Cấp cát đá lên thùng trộn bê tông.

■

Nguyên lý:
- Vật liệu (cát, đá) đựoc tập kết ngoài bãi sau đó đuợc máy xúc gầu lật đố vào bunke,
thiết bị định luợng. Sau khi đuợc định lượng đúng yêu cầu thì băng tải vận chuyên đô
vào thùng trộn.

■

Ưu điểm:
- Cấp liệu cho máy trộn được liên tục.
- Vật liệu ở bãi chứa không cần phải vun cao và không cần phải có tấm phân cách vật
hệu.

■

Nhươc điêm:
- Việc cấp liệu cho băng tải phải có thiết bị chuyên dùng.
- Khoảng cách giữa băng tải và thùng trộn tương đối lớn dẫn đến khả năng tiếp xúc của
vật liệu với môi trường nhiều, sẽ gậy ô nhiễm môi trường nếu không được che chắn kỹ.
- Phương án này áp dụng cho các trạm trộn có năng suất lớn.

2.3.2 Cấp xi măng:
a. Dùng bằng gầu tả liệu:
■

Nguyên lý:
- Xi măng từ bao bì nhỏ đố vào phễu được băng gầu vận chuyến đố vào xi lô nhỏ vào
thiết bị định lượng, sau đó được xả vào thùng trộn.


■

Nhược điềm:
- Khi cần nạp liệu với khối luợng nhỏ không thuận lọi.
- Ket cấu phức tạp, giá thành đắt.
- Phuơng pháp này đuợc dùng phố biến ở các trạm trộn bê tông.

2.3.3 Cấp nước và phụ gia:
Việc cấp nước và phụ gia hầu nhu điều dựa trên phương pháp cấp trực tiếp từ bồn chứa:
nước và phụ gia từ bồn chứa theo đường ống xả xuống thiết bị định lượng và vào nồi trộn.

Nhóm 12

Page 12


2.3.5 Thiết bi trôn, máy trôn:
Dùng đế trộn hỗn hợp các nguyên liệu và xả ra xe bồn. Thường sử dụng động cơ để
quay trục quay trộn bê tông.
2.3.6 Hê thống điều khiến
a. Hệ thống điều khiển bằng điện
- Cấp nguồn cho trạm trộn.
- Điều khiến các động cơ cấp liệu, động cơ trộn.
- Cảnh báo sự cố, báo lỗi.
- Dừng khi có lỗi...
b. Hệ thống điều khiển khí nén, thủy lực.
- Điều khiến các van khí và xy lanh đế đóng mở cửa cấp liệu, cửa xả.
2.3.7 Kết cấu thép
Dùng để làm giá đỡ giữ cho các cụm ở trên được chắc chắn, đảm bảo an toàn khi vận
hành và sản xuất.

như: các cống mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiến thị, các bộ vào.
1.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC
1.2.1 Cấu trúc
• Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần ( xem hình II. 1.2)
• Khối xử lý trung tâm ( CPU:CentralProcessingưnit )
Gồm có 3 phần: Bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp.
• Hệthốnggiaotiếpvào/ra( Input/Output ).

1.2.2 Hoạt động

Hình II. 1.1: Sơ đồ khối CPU của PLC

Về cơ bản hoạt động của một PLC nhu sau: Ban đầu, hệ thống các cổng vào/ra
( Input/Output ) dùng đế đua các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi ( nhu cảm biến, công
tắc...) vào CPU. Sau khi nhận đuợc tín hiệu từ ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đua các tín
hiệu điều khiến qua các Module xuất ra các thiết bị đuợc điều khiển.
PLC biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. PLC thực hiện
Nhóm 12

Page 15


chuơng trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối cùng trong
một vòng. Một vòng nhu vậy được gọi là vòng quét ( scan ). Xem hình II. 1.3.

Hình II. 1.3: Thực hiện chương trình theo vòng quét trong PLC

Thường việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong một khoảng thòi gian rất ngắn, một
vòng quét đơn có thòi gian thực hiện một vòng quét từ lms tói lOOms. Việc thực hiện một
chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức độ giao tiếp

công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng đế điều khiến các hệ thống đơn giản, chỉ có
chức năng ON/OFF thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi chính
xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Một số lĩnh vực tiêu biếu ứng dụng
PLC như sau:
+ Hóa học và dầu khí: định áp suất, bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn...
+ Chế tạo máy và sản xuất: tự động hóa trong chế tạo máy, điều khiển nhiệt độ lò nhiệt
luyện kim...
+ Công nghiệp giấy, xi măng: Tự động hóa trong qua trình sản xuất nghiền bột giấy, bột
đá, trộn hỗn hợp...
+ Thực phẩm, sản xuất bia, ruợu, thuốc lá: đóng gói sản phẩm, phân loại...
+ Kim loại: Điều khiến qua trình luyện, cán thép...
+ Năng luợng, giao thông...
1.3 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200 của Siemens.
1.3.1. Cấu hình phần cứng.
PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens ( Cộng hòa
liên bang Đức ), có cấu trúc theo kiếu modul và có các modul mở rộng. Các modul này đuợc
sử dụng cho những lập trình ứng dụng khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi
xử lí CPU. Hiện nay PLCS7-200 có nhiều loại PLC như CPU 212, CPU 214, CPU 224, CPU
224XP.. .về hình thức bên ngoài các CPU này chỉ khác nhau số lượng ngõ vào/ngõ ra.
+ CPU 212 có 8 cống vào và 6 cống ra và có thể mở rộng thêm bằng 2 modul mở
rộng.
+ CPU 214 có 14 cồng vào và 10 cồng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng

Nhóm 12

Page 17


7 modul mở rộng
+CPU 224XP có 14 cồng vào và 10 cồng ra có khả năng được mở rộng thêm bằng

-

Có thế ghép nối thêm 7 modul để mở rộng số cống vào và ra, bao gồm cả modul tương
tự ( analog ).

-

Tổng số cổng logic vào/ra cực đại là 256: 128 cồng vào và 128 cổng ra.

-

Có 256 bộ tạo thời gian trễ ( Timer ), trong đó 4 Timer có độ phân giải lms, 16 Timer
có độ phân giải 10ms và 236Timer có độ phân giả 100ms.

-

Có 256 bộ đếm ( Counter ), chia làm hai loại: một loại chỉ đếm lên và một loại vừa
đếm lên vừa đếm xuống.

-

688 bit nhớ đặc biệt, sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc.

-

Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt
xung cạnh lên hoặc xung cạnh xuống, ngắt theo thòi gain và ngắt báo hiệu bộ đếm tốc
độ cao và ngắt truyền xung.

-

Chàn 3: truyền và nhận dử liệu. +
Chân 4: không sư dụng.

9

-+- Chân 5: đát
4- Chân 6: nối nguồn
5VDC
-+~ Chân 7: nối nguồn
24VDC.
Chân 8: Truyền và nhận dử liệu.
4r Chân 9: không sứ dụng.

•

8

•

7

••

6

Hình 11.1.7: Sơ đồ chân của cổng truyền thong
Đe ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ
PG7xx có thế sử dụng một cáp nối thắng qua MPI.

Hình 11.1.8: Ghép nối qua cổng MPI

trong chuơng trình .Núm chỉnh analog đuợc lắp đặt duới nắp đậy bên cạnh các cống
ra.Thiết bị chỉnh định có thể quay 270 độ.
• Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:
+Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc +Đèn xanh
RUN: đèn sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc +Đèn vàng STOP: đèn sáng báo
PLC đang ở trạng thái dừng +Đèn xanh Ix.x: đèn sáng báo tín hiệu ở cống vào đang ở
mức logic 1 và nguợc lại ở mức logic 0.
+Đèn xanh Qx.x: đèn sáng báo tín hiệu ở đầu ra đang ở mức logic 1 và ngược lại ở mức
logic 0.
Nhóm 12

Page 20


1.3.4 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ
Nguồn nuôi dùng đế mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ.
Nguồn Pin tự động được chuyến sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn
kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi.
1.4 Cấu trúc chương trình của S7-200
Có thể lập trình cho S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm STEP 7 Micro WIN:

Những phần mềm này đều có thế cài đặt đuợc trên máy lập trình họ PG7xx và các máy
tính cá nhân (PC).
Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính
(mainprogram) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt được
chỉ ra trong hình II. 1.10.
Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).Chương
trình con là một bộ phận của chương trình.Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết
thúc chương trình chính,đó là lệnh MEND.
1.5. Các lệnh sử dụng trong chương trình.

Nhóm 12

Page 22


0) khi đầu vào EN = 0; trong khi bộ định thòi có nhớ lưu lại giá trị của nó khi đầu vào EN
bằng 0 và tiếp tục đếm khi đầu vào EN bằng 1.
Như vậy ta có thế dùng loại có nhớ để cộng thời gian những lúc đầu vào EN bằng 1.
Loại bộ định thời này có the reset (xóa giá trị đang đếm về 0) bằng lệnh R (Reset). Cả hai loại
bộ đóng trễ vẫn tiếp tục đếm thời gian ngay cả sau khi đạt đến giá trị đặt trước PT và chỉ
dừng đếm khi đạt giá trị tối đa 32767 (16#7FFF).
Bộ ngắt trễ để đưa giá trị đầu ra (bit trạng thái) về 0 (OFF) trễ 1 khoảng thời gian sau khi
đầu vào (EN) đồi về 0. Khi đầu vào EN được đặt bằng 1 (ON) thì bit trạng thái của bộ ngắt
trễ cũng bằng 1 ngay lúc đó đồng thòi giá trị đếm của nó bị xóa về 0. Khi đầu vào EN về 0,
thì bộ định thời bắt đầu đếm cho đến khi đạt được giá trị đặt trước PT. Lúc đó bit trạng thái
của bộ ngắt trễ sẽ về 0 đồng thời nó cũng ngừng đếm. Neu đầu vào EN chỉ bằng không trong
khoảng thời gian ngắn hơn thời gian được đặt rồi quay lại bằng 1 thì bit trạng thái của bộ định
thời vẫn giữ nguyên bằng 1. Bộ ngắt trễ chỉ bắt đầu đếm khi có sườn thay đổi từ 1 về 0 ở đầu
vào EN.
Timer Type Resolution
TONR
1 ms
(retentive)
10 ms
100 ms
TON, TOF (nonretentive)

1.5.3 Bộ đếm

1 ms

lúc đó cả giá trị đếm và bit trạng thái sẽ bị xóa về 0.
Bộ đếm xuống đếm từ giá trị đặt trước (PV) mỗi khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống
(CD). Khi giá trị đếm (Cxxx) bằng 0, bit trang thái (Cxxx) bằng 1 đồng thời bộ đếm ngừng
đếm. Mức cao ở đầu vào LD xóa bit trạng thái về 0 và tải giá trị đặt trước PV vào giá trị đếm.

Nhóm 12

Page 23


Bộ đếm vừa đếm lên vừa đếm xuống đếm lên khi có sườn lên ở đầu vào đếm lên (CU)
và đếm xuống khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống (CD). Khi giá trị đếm (Cxxx) lớn hơn
hoặc bằng giá trị đặt trước (PV) thì bit trạng thái (Cxxx) sẽ có giá trị 1 (ON). Bộ đếm có thể
bị xóa (reset) bởi mức 1 ở đầu vào reset (R), lúc đó cả giá trị đếm và bit trạng thái sẽ bị xóa
về 0.
Số hiệu các bộ đếm : co đến C255. Trong CPU 221,222 và 224 mỗi bộ đếm được xác
định loại tùy theo lệnh khai báo nhưng không thể khai báo các bộ đếm loại khác nhau với
cùng một địa chỉ (trong vùng C).
II. Thiết kế phần điều khiển trên S7-200

Nhóm 12

Page 24


Main

Nhóm 12

Page 25