Đề tài Nghiên cứu giao tiếp giữa Intouch với PLC trong giám sát và điều khiển mô hình trạm trộn bê tông (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu giao tiếp giữa Intouch với PLC trong giám sát và điều khiển mô hình trạm trộn bê tông (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN Nghiên cứu giao tiếp giữa Intouch với PLC trong giám sát và điều khiển mô hình trạm trộn bê tông MÃ SỐ: SV 2010 - 93 S K C 0 0 3 1 8 1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. Lời cảm ơn Nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn dến ban chủ nghiệm khoa Điện-Điện Tử, quý thầy cô trong bộ môn tự động hóa đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị và hỗ trợ kiến thức trong suốt quá trình thực hiện đề tài nay. Đặc biệt, xin gửi lời cảm ân đến thầy Ngô Văn Thuyên đã quan tâm giúp đỡ chúng em về chuyên môn để giúp chúng em hoàn thành đề tài này.
3. Đề tài NCKH cấp sinh viên MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cảm ơn 1 Phần I:Đặt vấn đề 5 Phần II: Giải quyết vấn đề 7 I. Mục đích đề tài 7 II. Phương pháp nghiên cứu 7 III.Nội dụng 7 Chương 1: Tổng quan trạm trộn bê tông 8 1.1. Khái niệm chung về bê tông 8 1.2. Các thành phần cấu tạo bê tông 8 1.3. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông 9 1.4. Quy trình thực hiện 11 Chương 2: Mô hình trạm trộn bê tông 12 2.1 Kết cấu mô hình 12 2.1.1 Cấu tạo cơ khí 12 2.1.2 Hệ thống điện 14 2.2 Chức năng mô phỏng của mô hình 16 Chương 3: Giới thiệu về phần mềm Intouch 17 3.1 Giới thiệu về phần mềm Intouch 17 3.2 Các tính năng của phần mềm Intouch 17 GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 2
4. Đề tài NCKH cấp sinh viên Chương 4: Điều khiển mô hình 19 4.1 Thiết bị điều khiển 19 4.1.1 PLC Compactlogix L32E 19 4.1.2 Màn hình HMI PanelView 600 23 4.2 Phần mềm hỗ trợ 24 4.2.1 Phần mềm RSLogix 5000 24 4.2.2 Phần mềm RSLink 25 4.2.3 Phần mềm Kepware 26 4.2.4 Phần mềm PanelBuilder32 27 Chương 5: Hệ thống mạng truyền thông 30 5.1 Tổng quan về mạng truyền thông 30 5.2 Cấu trúc mạng Rockwell 30 5.3 Hệ thống mạng truyền thông cho mô hình trạm trộn bê tông 32 Phần III. Kết quả đạt được 33 1. Mô hình thực nghiệm 33 2. Hệ thống giám sát thực nghiệm 33 Phần IV: Kết luận 37 I. Kết luận 37 II. Đề nghị 37 Tài liệu tham khảo 39 GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 3
5. Đề tài NCKH cấp sinh viên DANH MỤC BẢNG Bảng1.1. Tỷ lệ trộn các Mac bê tông theo loại xi măng P400 10 Bảng1.2. Tỷ lệ trộn các Mac bê tông theo loại xi măng P500 10 Bảng 2.1: các thiết bị cơ của mô hình 13 Bảng 2.2: Các cấp điện áp của thiết bị điện trong hệ thống 16 Bảng 4.1: Một số đặc tính kỹ thuật của PLC CompactLogix L32E 22 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ nối dây dùng nguồn DC 24V 14 Hình 2.2: Sơ đồ nối dây dùng nguồn xoay chiều 220V 15 Hình 4.1: Màn hình PanelView 600 Touch 23 Hình 4.2: Vị trí chân cấp nguồn và các cổng truyền thông của PV600 23 Hình 4.3 Thiết lập cấu hình Ethenet/IP 25 Hình 4.4 Các thiết bị được kết nối trong mạng Ethernet/IP 26 Hình 4.5: Giao diện chính của KepWare 26 Hình 4.6: Các chuẩn giao tiếp giữa OPC server và các client 27 Hình 4.7: Giao diện chính phần mềm PanelBuilder32 28 Hình 5.1: Mạng truyền thông 3 lớp của hãng Rockwell Automation 30 Hình 5.2: Sơ đồ kết nối mạng của hệ thống trạm trộn bê tong 33 Hình 6.1 Mô hình mô phỏng trạm trộn bê tông 34 Hình 6.2 Giao diện chính cho hệ thống SCADA 35 Hình 6.3 Giao diện bảng điều khiển của hệ thống SCADA 36 Hình 6.4 Giao diện Trend của hệ thống SCADA 36 GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 4
6. Đề tài NCKH cấp sinh viên PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý do chọn đề tài Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước đang bước vào thời kỳ đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa, nhằm biến đổi nền kỹ thuật công nghiệp lạc hậu chuyển sang nền công nghiệp hiện đại tiếp cận trình độ phát triển của thế giới. Cùng với sự phát triển vựơt bậc của nền công nghiệp hóa - hiện đại hóa thì việc ứng dụng các kỹ thuật hiện đại nhằm nâng cao năng suất cũng như khả năng giám sát của con người trong công cuộc sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết. Trong thời buổi khoa học kỹ thuật về tự động hóa ngày càng phát triển vựơt bậc và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các xí nghiệp, phân xưởng Các hệ thống điều khiển dùng PLC ngày càng được sữ dụng rộng rãi và phổ biến để thay thế cho các thao tác chân tay không đạt đựơc độ chính xác cao. Tuy nhiên, để có thể dễ dàng giám sát và điều khiển các loại PLC khác nhau thì cần phải có sự hỗ trợ của các phần mềm hỗ trợ. Hiện nay, có rất nhiều các phần mềm hỗ trợ giám sát và điều khiển hoạt động của PLC. Trong số đó, phần mềm InTouch đang được sữ dụng rộng rãi để giám sát SCADA với công nghệ đột phá, chức năng hoàn hảo , dễ sữ dụng của hãng Wonderware. Ngoài ra, phần mềm InTouch còn cung cấp đồ họa trực quan quản lý hoạt động của bạn, kiểm soát và tối ưu hóa đến một cấp độ hoàn toàn mới. Intouch được thiết kế dựa theo các tiêu chuẩn tối đa hóa năng suất, hiệu quả sử dụng tối ưu hóa, chất lượng tăng Nhìn thấy được sự quan trọng của việc ứng dụng các phần mềm giám sát và điều khiển vào các hệ thống công nghiệp ngày nay, nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài ” Nghiên cứu giao tiếp giữa InTouch trong giám sát và điều khiển mô hình trạm trộn bê tông” nhằm góp một phần nhỏ để giải quyết vấn đề nêu trên 1.2 Đối tương nghiên cứu Các đối tượng nghiên cứu trong đề tài nghiên cứu khoa học này - Mô hình trạm trộn bê tông. GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 5
7. Đề tài NCKH cấp sinh viên - PLC Rockwell. - Màn hình cảm ứng công nghiệp Panelview600. - Phần mềm giám sát và điều khiển InTouch. - Truyền thông. 1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước InTouch cho thấy khả năng ứng dụng mạnh mẽ và khả năng đồ họa thân thiện với người sữ dụng trong thiết kế và điều khiển và InTouch đang được sữ dụng rộng rãi trong giám sát và điều khiển hệ thống của hầu hết các nhà máy lớn trên thế giới. Tuy nhiên, ở nước ta thì InTouch vẫn còn khá mới mẻ và chỉ được sữ dụng trong các nhà máy lớn nên vẫn còn khá mới mẻ đối với hầu hết các kỹ sư trong việc ứng dụng vào hệ thống giám sát của các nhà máy trong nước. Đã có một số đề tài nghiên cứu vấn đề này nhằm nâng cao khả năng giám sát và điều khiển. 1.4 Những vấn đề còn tồn tại GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 6
8. Đề tài NCKH cấp sinh viên PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I.Mục tiêu đề tài Mục tiêu của đề tài nhằm xây dựng mô hình thí nghiệm phục vụ cho sinh viện trong việc mô phỏng khả năng giám sát và điều khiển trạm trộn bêtông. - Tìm hiểu nguyên lý trộn bêtông và các loại nguyên liệu trộn bê tông thực tế. - Thi công mô hình thí nghiệm của trạm trộn bê tông thực tế . - Nghiên cứu các tính năng của phần mềm InTouch trong việc giám sát và điều khiển. - Vận dụng khả năng giám sát và điều khiển của InTouch vào việc điều khiển hệ thống trộn bê tông. II. Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp thu thập dữ liệu từ tài liệu lý thuyết.  Phương pháp thực nghiệm. III. Nội dung: Gồm 5 chương GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 7
9. Đề tài NCKH cấp sinh viên Chương 1: Tổng Quan Trạm Trộn Bê Tông Trong lĩnh vực xây dựng bê tông là một nguyên vật liệu vô cùng quan trọng, chất lượng của bê tông có thể đánh giá đựơc chất lượng của toàn bộ công trình. Trong một hệ thống trộn bê tông thực tế có rất nhiều yếu tố đầu váo lẫn đầu ra cần phải xác định, đó là:  Xác định ứng dụng của bêtông.  Xác định loại xi măngXác định thành phần cát, đá.  Xác định tỷ lệ nước. Vì vậy, để có thể thi công mô hình trạm trộn cần phải nắm bắt rõ về trạm trộn trong thực tế. 1.1.Khái niệm chung về bê tông Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ các, đá, xi măng, nước. Trong đó cát và đá chiếm 80% – 85%, xi măng chiếm 8% – 15%, còn lại là khối lượng của nước và phụ gia. Có nhiều loại bê tông phụ thuộc vào thành phần cát, đá, xi măng, nước. Mỗi cách pha trộn khác nhau sẽ tạo thành các Mac bê tông khác nhau. 1.2. Các thành phần cấu tạo bê tông a) Xi măng: việc lựa chọn xi măng là công việc quan trọng việc thiết kế bê tông. Có nhiều loại Mac xi măng, xi măng Mac càng cao thì độ kết dính càng tốt, tuy nhiên giá thành của nó cũng tăng theo Mac của nó. Do đó khi thiết kế bê tông ta phải vừa bảo đảm yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm yêu cầu kinh tế. b) Cát: dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo. Kích thướt hạt từ 0.4 – 5mm. Chất lượng các phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất và thành phần hạt, Trong thành phần của bê tông cát chiếm khoảng 29%. GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 8
10. Đề tài NCKH cấp sinh viên c) Đá dăm: đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích cỡ của đá. Do đó tùy thuộc vào Mac của bê tông mà ta chon kích cỡ đá cho phù hợp. Trong thành phần của bê tông đá dăm chiếm khoảng 52%. d) Nước: nước để chế tạo bê tông phải là nước có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết của bê tông cũng như không ăn mòn sắt, thép. e) Phụ gia: Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có 2 loại phụ gia: + Loại phụ gia hoạt động trên bề mặt: loại phụ gia này tuy được sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông. + Loại phụ gia rắn nhanh: loại này có khả năng rút ngắn thời gian rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông. Hiện nay trong công nghiệp người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng. 1.3. Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông Tỷ lệ pha trộn được các thành phần nhiên liệu được quy định cụ thể theo từng Mac bê tông và từng loại Mac xi măng. Qua 2 bảng số liệu 1.1 và 1.2 về tỉ lệ pha trộn các Mac bê tông từ 100 đến 300 theo 2 loại xi măng chính là P400 và P500 cho thấy việc pha trộn các nhiên liệu để cho ra đời một mẻ bê tông theo đúng yêu cầu đòi hỏi trạm trộn phài có khả năng xử lý thông tin và làm việc một cách chính xác. Thành Đơn Mác bê tông phần vị 100 150 200 250 300 Xi Kg 225.2 268.7 325.2 368.8 410.1 măng GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 9
11. Đề tài NCKH cấp sinh viên Cát Kg 820.8 792.3 782.8 769.5 756.2 Đá Kg 1668.2 1639.7 1628.3 1580.8 1571.3 Nước kg 146.4 174.7 208.2 228.7 246.1 Bảng1.1. Tỷ lệ trộn các Mac bê tông theo loại xi măng P400, đá dăm 10*20, cát vàng (tính cho 1m3 bê tông). Thành Đơn Mác bê tông phần vị 100 150 200 250 300 Xi Kg 273.4 283.3 327.2 373.7 424.2 măng Cát Kg 818.9 799.9 782.8 775.2 765.7 Đá Kg 1649.2 1634 1628.3 1615 1607.7 Nước kg 177.7 184.5 209.4 231.7 254.5 Bảng1.2.Tỷ lệ trộn các Mac bê tông theo loại xi măng P500, đá dăm 10*20, cát vàng (tính cho 1m3). GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 10
12. Đề tài NCKH cấp sinh viên Từ bảng thành phần bê tông này ta có thể tính toán được khối lượng của cát, đá, xi măng, nước cho từng mẻ trộn. Sau đó lấy các giá trị này để lập thành một giá trị tỉ lệ tương ứng cho mỗi Mac bê tông. 1.4. Quy trình thực hiện Nguyên liệu đựơc đưa vào từng bồn sơ cấp gọi là bồn chứa nguyên liệu vào. Các van sẽ lần lượt được điều khiển để xả nguyên liệu xuống máng cân tải. Các cân sẽ lần lựơt cân cho đến khi đạt đến khối lượng đặt thì nguyên liệu kế sẽ đựơc xả xuống và được cân trọng lượng của máng tải bằng loadcell và giá trị cân sẽ được hiển thị trên đầu cân. Khi trọng lượng tải đạt yêu cầu thì van xả tải mở nguyên liệu trộn để xà xuống bồn trộn. Động cơ quay trộn nguyên liệu trong khoảng thời gian mặc định sau đó sẽ dừng lại. Động cơ xả sẽ hoạt động, bồn trộn xả bê tong cho đến khi đụng công tắc hành trình làm dừng động cơ xả kết thúc 1 chu trình hoạt động. Hệ thống có 2 chế độ làm việc ( điều khiển bằng tay hoặc điều khiển tự động). GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 11
13. Đề tài NCKH cấp sinh viên Chương 2: Mô hình trạm trộn bê tông 2.1 Kết cấu mô hình Mô hình được thiết kế mô phỏng dựa theo ý tưởng các trạm trộn thực tế với các bộ phận và chức năng tương ứng bao gồm 2 phần chính là phần điện và phần cơ. Tuy nhiên đây chỉ là mô hình thí nghiệm ở cấp độ sinh viên, do đó không đặt nặng vấn đề về thiết kế kết cấu cơ khí mà chỉ đi sâu vào phần thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển tự động hóa mô hình. 2.1.1Cấu tạo cơ khí Mô hình “Trạm trộn Bê Tông” được thiết kế chắc chắn với 6 trụ chính có bánh lăn để linh động trong việc di chuyển. Mô hình có kích thước tương đối lớn dạng khối chữ nhật 0.6m x 1m x 1.5m. Khung cơ khí được thiết kế bằng nhôm sơn tĩnh điện rất cứng nhưng lại có khối lượng nhẹ hơn nhiều so với các chất liệu khác kích thướt 45mm x 45mm và 45mm x 38mm. Các bồn nguyên liệu và bồn trộn được thiết kế bằng thủy tinh trong suốt để người điều khiển có thể dễ dàng quan sát quá trình làm việc của mô hình. Bồn trộn được thiết kế lớn và có động cơ trộn với công suất lớn. Các vật liệu và thiết bị được sử dụng để chế tạo mô hình được tổng kết như bảng 2.1 Số TT Tên thiết bị Chức năng lượng 1 Bồn nhiên liệu Chứa nước 4 cái 2 Bồn trộn Chứa nước 1 cái 3 Động cơ xả Xả nước 1 cái GVHD: TS. Ngô Văn Thuyên Trang 12