BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------LÊ QUANG THINH

“ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu than dùng bộ
điều khiển PLC”.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Trần Thị Thanh Hải

Hà Nội – Năm 2011


MỤC LỤC
Lời cam đoan.....................................................................................................................4
Lời cảm ơn ........................................................................................................................5
Danh mục các bảng biểu ...................................................................................................6
Danh mục các hình vẽ, đồ thị............................................................................................7
Phần mở đầu......................................................................................................................9
1. Lý do chọn đề tài. .....................................................................................................9
2. Mục đích nghiên cứu. .............................................................................................10
3. Đối tượng nghiên cứu. ............................................................................................11
4. Nhiệm vụ nghiên cứu..............................................................................................11
5. Giới hạn của đề tài ..................................................................................................11
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................11
7. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................11
7.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận.....................................................................11
7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn..................................................................11
8. Bố cục của luận văn. ...............................................................................................11

2.2.3. Máng cào DSS 260 – 2 x 132kw – 120m.....................................................47
2.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHAI THÁC .......................................................53
KẾT LUẬN CHƯƠNG II...........................................................................................56
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH PLC
S7 - 200 ...........................................................................................................................57
3.1. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG. ..............................................................................57
3.1.1. Các đặc điểm nổi bật của PLC. ....................................................................57
3.2. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PLC. ...............................................................62
3.2.1. Lược đồ hình thang LAD. .............................................................................62
3.2.2. Liệt kê câu lệnh STL (Statement List)..........................................................65
3.2.3. Sơ đồ khối chức năng FBD (Function Block Diagram). .............................65
3.3. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMENS ...............................................666
3.3.1. Định nghĩa S7-200 CPU...............................................................................66
3.3.2. Các khái niệm cơ bản về PLC S7-200..........................................................67
3.3.3. Giới thiệu về các vùng nhớ: .........................................................................71
KẾT LUẬN CHƯƠNG III .........................................................................................74

2


CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH PLC S7-200
THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU THAN..........................75
4.1. ĐẶT CÁC ĐẦU VÀO RA CỦA PLC VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH
ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU ......................................................................................75
4.1.1. Đặt các đầu vào ra cho PLC .........................................................................75
4.1.2.Thuyết minh qui trình điều khiển máy khấu. ................................................76
4.2. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẤU..............................................767
KẾT LUẬN CHƯƠNG IV .........................................................................................86
KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ ........................................................................88
1. Kết luận...................................................................................................................88

Thanh Hải, người trực tiếp hướng dẫn tác giả làm luận văn này.
Xin cảm ơn Ban giám hiệu và các đồng nghiệp trường Đại Học Mỏ - Điạ Chất Đông Ngạc - Từ Liêm - Hà Nội đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ, cộng tác, động viên,
chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Do trình độ bản thân còn hạn chế, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót.
Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của Hội đồng chấm luận
văn tốt nghiệp và bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn

Lê Quang Thinh

5


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật của dàn tự hành VINAALTA.
Bảng 2.2: Các nút chức năng điều khiển dàn chống.
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật Máng cào DSS 260 – 2 x 132kw – 120m.
Bảng 3.1: Địa chỉ đặt cho các modul mở rộng trên CPU 214.
Bảng 3.2: Các loại PLC S7-200 hiện đang bán trên thị trường.

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Máy khấu một tay khấu.
Hình 1.2. Máy khấu hai tay khấu MB 320E.
Hình 1.3. Máy khấu hai tay khấu MG200-W1.
Hình 1.4. Máy khấu MG375-AW.
Hình 1.5. Máy khấu MG150-376 W.

Hình 2.19. Máng quay đặc biệt.
Hình 2.20. Máng tháo dịch chuyển.
Hình 2.21. Máng nhận dịch chuyển.
Hình 2.22. Xích máng cào.
Hình3.1. Cấu trúc của PLC.
Hình 3.2. Modul mở rộng EM 222 của PLC.
Hình 3.3. CPU 214 với các modul mở rộng.
Hình 3.4. Minh hoạ sự quét do PLC thực hiện.
Hình 3.5. Các ký hiệu tiêu chuẩn được sử dụng cho thiết bị nhập và xuất.
Hình 3.6. Ví dụ một số phần tử sơ đồ khối
Hình 3.7. Hình ảnh bên ngoài của một PLC.
Hình 3.8. PLC và các thiết bị ngoại vi.
Hình 3.9. Vòng quét chương trình.
Hình 3.10. Cách truy nhập theo bit.
Hình 3.11. Cách truy nhập theo Byte, Word hay Double Word.
Hình 3.12. Truy nhập Timer Bit và giá trị tức thời của biến thời gian.
Hình 3.13. Kích thước của dữ liệu phụ thuộc vào cấu trúc lệnh.
Hình 3.14. Các kiểu dữ liệu.
Hình 4.1. Sơ đồ khối PLC.

8


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Qua nhiều quá trình phát triển với sự ứng dụng của các thành tựu khoa học công
nghệ hiện đại, máy khấu (combai) khai đào đã trở thành một thiết bị khai đào rất
phổ biến trên toàn thế giới. Từ một thiết bị chỉ dùng khai đào lộ thiên đến việc áp
dụng chúng dưới ngầm; từ các máy khấu có kết cấu đơn giản kiểu cổ điển đến việc
phát triển chúng thành một thiết bị đa năng tích hợp nhiều thiết bị khác đi kèm; từ

máy khấu, dàn chống tự hành, máng cào sẽ giúp trực tiếp giảm bớt số công nhân
cần thiết để vận hành hệ thống trên trong một ca làm việc từ 20 công nhân xuống
còn khoảng 5 công nhân. Từ đó, một mặt vẫn đảm bảo độ ổn định khi làm việc
trong điều kiện khắc nghiệt nơi hầm lò, đảm bảo hoạt động, năng suất làm việc của
máy, song mặt khác nâng cao được mức độ an toàn cho công nhân khai thác trực
tiếp tại hầm lò, điều này có ý nghĩa quan trọng và mang tính thực tiễn cao.
Là một kỹ sư chế tạo máy tốt nghiệp Đại Học Bách Khoa Hà Nội đồng thời là
một cán bộ hiện đang công tác tại Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, một ngôi truờng
đang đóng góp công sức rất lớn về công nghệ và nhân lực cho ngành công nghiệp
Mỏ - Địa Chất của đất nước, tôi nhận thấy việc nghiên cứu và phát triển công nghệ
về máy khấu có ý nghĩa vô cùng quan trọng đến sự phát triển của ngành công
nghiệp khai thác cho đất nước. Đồng thời là một cán bộ công tác tại Đại Học Mỏ Địa Chất, việc nắm bắt công nghệ và thiết bị hiện đại sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho
quá trình công tác cũng như đào tạo các kỹ sư Mỏ - Điạ Chất có năng lực cho đất
nước. Được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của cô giáo TS. Trần Thị Thanh Hải,
tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy khấu than
dùng bộ điều khiển PLC” làm đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khoa
học chuyên ngành chế tạo máy với mong muốn đóng góp một phần sức lực nhỏ bé
của mình vào sự phát triển chung đất nước và của nhà trường.
2. Mục đích nghiên cứu.
Nâng cao khả năng tự động hoá của máy khấu trong khai thác than hầm lò.
3. Đối tượng nghiên cứu.
Hệ thống điều khiển thủy lực của máy khấu than MG 200 –W1.

10


4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tổng quan về máy khấu than, dàn chống tự hành, máng cào và điều khiển
các thiết bị trên.
- Hệ thống thủy lực ứng dụng cho máy khấu than.

- Chương 4: Ứng dụng bộ điều khiển khả lập trình PLC S7 – 200 thiết lập
chương trình điều khiển máy khấu than.

12


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ VỀ MÁY KHẤU THAN VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY
KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN CỦA VIỆT NAM
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU THAN
1.1.1. Lịch sử phát triển máy khấu than ( COMBAI ).
Phát minh về máy khấu (combai) khai đào (từ nguyên gốc tiếng Anh là “boom
type roadheader”, trong tiếng Nga là “проходческие комбайны”, trong tiếng Ba
Lan là “kombajn”, trong tiếng Đức là “Teilschnittmaschinen”, trong tiếng Pháp là
“Machine a attaque Ponctuelle”, trong tiếng Italy là “Fresa Puntuale”, trong tiếng
Tây Ban Nha là “Máquina rozadora” tạm dịch sang tiếng Việt là: máy khấu
(combai) khai đào. Trong ngành mỏ hiện nay thuật ngữ này còn tồn tại dưới cái tên
như: combai đào lò, máy liên hợp đào lò hay combai RH...) đầu tiên được đưa ra
bởi Tiến sỹ. Z. Ajtay tại Hungary vào năm 1949. Qua nhiều quá trình phát triển với
sự ứng dụng của các thành tựu khoa học công nghệ hiện đại combai khai đào đã trở
thành một thiết bị khai đào rất phổ biến trên toàn thế giới. Từ một thiết bị chỉ dùng
khai đào lộ thiên đến việc áp dụng chúng dưới ngầm; từ các máy khấu có kết cấu
đơn giản kiểu cổ điển đến việc phát triển chúng thành một thiết bị đa năng tích hợp
nhiều thiết bị khác đi kèm; từ một thiết bị chuyên để khai đào trong than và đá mềm
có độ cứng nhỏ trong một hai thập kỷ gần máy khấu đã được áp dụng cả vào trong
khai đào đá rắng cứng đến rất cứng đến 140 MPa thậm chí ở một vài máy còn lên
tới trên 200 MPa. Đây quả là một bước ngoặt của công nghệ, việc áp dụng chúng
trong ngành mỏ đã đem lại rất nhiều lợi ích về mặt kinh tế, môi trường, con người
được thay thế bằng máy móc ở nhiều công đoạn làm việc nguy hiểm và độc hại. ở
một số công trình có tính chất đặc biệt như: công trình hầm dưới thành phố nơi có

Hình 1.3: Máy khấu hai tay khấu MG200-W1

Hình 1.4: Máy khấu MG375-AW

Hình 1.5: Máy khấu MG150-376 W

16


c. Máy khấu do Đức sản xuất.

Hình 1.6: Máy Khấu SL 750
1.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY KHẤU THAN TẠI CÁC MỎ THAN Ở
VIỆT NAM.
1.2.1. Lịch sử nghiên cứu đánh giá khả năng cơ giới hoá khai thác hầm lò
vùng Quảng Ninh.
Từ năm 1978 các chuyên gia Việt Nam và Liên Xô cũ đã tiến hành đánh giá khả
năng cơ giới hoá một số mỏ than Việt Nam, theo đánh giá với trình độ bây giờ thì
trữ lượng than hầm lò một số mỏ của ta cơ giới hoá được không đáng kể. Năm 1986
- 1990, đề tài cấp Bộ mã số 12A – 02 - 05 đánh giá tại các mỏ Mạo Khê, Vàng
Danh, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm, Dương Huy có 295 khu vực có thể áp
dụng sơ đồ công nghệ cơ giới hoá với tổng trữ lượng địa chất dự kiến là 116,33
triệu tấn, theo các báo cáo địa chất hiện có trước năm 1990.
Năm 1978 - 1979 tại Vàng Danh đã tiến hành thử nghiệm máy khấu than tay
ngắn 2K - 52 và cột chống thuỷ lực đơn nạp trong loại GXUM - 6 tại vỉa 8 khu
Cánh Gà II. Do điều kiện địa chất lò chợ thử nghiệm thay đổi lớn và ách tắc hệ
thống vận tải cho nên việc thử nghiệm không thành công.

17



18


khai thác than Việt Nam, góp phần nâng cao mức độ tập trung hoá sản xuất trong
các hầm lò, giảm tổn thất tài nguyên và đặc biệt đảm bảo an toàn cho người lao
động.
Khai thác than hầm lò cũng như các ngành công nghiệp khác để tăng năng suất,
giảm lao động nặng nhọc cho công nhân thì phải cơ giới hoá. Tuy nhiên khai thác
hầm lò có đặc thù riêng, trang bị con người làm việc trong lòng đất, phụ thuộc rất
nhiều vào điều kiện địa chất như cấu tạo các vỉa than, tính chất đất đá bao quanh
vỉa, khí và nước…
Từ lâu, ngành than cũng ý thức được sự cần thiết phải cơ giới hoá, trước hết đã
tiến hành chống giữ các lò chợ bằng cột ma sát thay cột gỗ, rồi tiến tới áp dụng cột
thuỷ lực đơn và đưa combai khấu than vào khai thác than và đã đạt được những
hiệu quả lớn [17].
Năm 2002 tại Công ty Than Khe Chàm đã đưa lò chợ khai thác bằng máy khấu
tay ngắn MG - 200W1 cùng với giá thuỷ lực di động XDY - JF/ LI/ 120J2 tại lò chợ
mức +32 ÷ -10 vỉa 14 - 4 và đã cho kết quả tương đối khả quan đạt công suất thiết
kế 200.000 tấn/ năm.
Năm 2008, công ty than Nam Mẫu đã đầu tư một hệ thống cơ giới đưa vào hầm
lò trong đó chiếc máy khấu than được nhập công nghệ từ Ba Lan làm chức năng
chính khai thác than, máy khấu này có thể cho ra đời 1.500 tấn than/ ngày đêm,
bằng năng suất làm việc của cả ngàn công nhân nếu phải làm thủ công.
Ngày 6-8-2010, tại khu vực vỉa 6, khu Than Thùng, Công ty than Nam Mẫu
(Tập đoàn Than Khoáng sản Việt Nam) đã khánh thành và đưa lò chợ cơ giới hóa
khai thác than trị giá 260 tỉ VNĐ vào vận hành với chiều dài lò chợ 105 m, gồm 66
dàn chống, 66 máng cào, ba tuyến băng tải và một máy khấu than, dự kiến công
suất từ 350 đến 500.000 tấn/năm.
Năm 2005, công ty than Vàng Danh đưa Máy Khấu AM-50Z cùng với máy


1.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY KHẤU LOẠI HAI TAY KHẤU VÀ QUY
TRÌNH KHAI THÁC THAN SỬ DỤNG MÁY KHẤU.
1.3.1. Kết cấu hình dáng sơ bộ của máy khấu loại hai tay khấu.

1

2

3

4

5

7

6

8

9

11

10

Hình 1.7: Hình dáng sơ bộ của loại máy khấu hai tay khấu
1,7: Tang khấu trái, phải; 2,8: Tay khấu trái, phải; 3,9: Xilanh nâng hạ tay khấu trái,
phải.


Máng cào bên phải đoạn quá độ

Vị trí phía gương

Máng cào bên trái đoạn quá độ

Vị trí kết thúc luồng khai thác trước

Máng cào phần quá độ

Chuyển tiếp giữa hai luồng khấu

b. Bắt đầu khai thác.
Máy khấu di chuyển về bên phải

4

3

1

2

Hình 1.9: Trạng thái bắt đầu khai thác của máy khấu
1: Máy khấu; 2: Máng cào; 3: Gương lò; 4: Lò dọc vỉa vận tải
Máy khấu

Công việc


1

2

Hình 1.10: Quá trình máy khấu khai thác hết gương bên phải
1: Máy khấu; 2: Máng cào; 3: Gương lò; 4: Lò dọc vỉa vận tải
Máy khấu

Công việc

Tang khấu trái

Chuyển dần sang khấu bên trên

Tang khấu phải

Chuyển dần sang khấu bên trái

Máng cào bên phải đoạn quá độ

Vị trí phía gương

Máng cào phần quá độ

Thẳng luồng bên trái với bên phải

Máng cào bên trái đoạn quá độ

Thẳng luồng với phần quá độ



Thẳng luồng

Máng cào bên trái đoạn quá độ

Thẳng luồng

Máng cào phần quá độ

Thẳng luồng

e. Quá trình khai thác
Khai thác phía bên trái

4

3

1

2

Hình 1.12: Quá trình máy khấu khai thác phía bên trái
1: Máy khấu; 2: Máng cào; 3: Gương lò; 4: Lò dọc vỉa vận tải
Máy khấu

Công việc

Tang khấu trái