MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BĂNG TẢI VẬN CHUYỂN ..... 1
1.1 Các yêu cầu đối với băng tải vận chuyển .......................................................1
1.2 Đề xuất phương án thiết kế .............................................................................1
1.3 Thiết kế giải pháp đo mức cho thiết bị ...........................................................3
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG MẠCH
ĐIỀU KHIỂN ................................................................................................................... 5
2.1 Lựa chọn thiết bị phục vụ điều khiển .............................................................5
2.2 Xây dựng mạch động lực .................................................................................5
2.2.1 Thiết kế tủ động lực .................................................................................5
2.2.2 Thiết kế sơ đồ cấp nguồn cho hệ vận tải liên tục ...................................8
2.3 Xây dựng mạch điều khiển ............................................................................14
2.3.1 Thiết kế mạch role trung gian ...............................................................14
2.3.2 Thiết kế mạch đầu vào PLC ..................................................................17
2.3.3 Thiết kế mạch đầu ra PLC ....................................................................20
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC ............... 21
3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển ....................................................................21
3.2 Các tín hiệu vào ra của PLC..........................................................................21
3.3 Thiết kế chương trình PLC bằng phần mềm SIMATIC STEP7-300 ........24
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4

Cấu hình trạm PLC: ..............................................................................24
Viết chương trình ..................................................................................25
Thuyết minh chương trình .....................................................................29
Mô phỏng ...............................................................................................30

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước,nhiều ngành công
nghiệp phục vụ quá trình công nghiệp phát triển của đất nước. Như khai thác khoáng sản
vận chuyển vật liệu trong các bến cảng trong các nhà máy. Băng tải dùng để vận chuyển các
vật liệu rời,nhờ những ưu điểm là có khả năng vận chuyển hàng hóa đi xa,làm việc êm,
năng suất cao và tiêu hao năng lượng không lớn lắm. Chính nhờ những ưu điểm đó mà
băng tải được ứng dụng rộng rãi trong nhiều các lĩnh vực sản xuất như khai thác hầm
mỏ,chế biến thực phẩm,vận chuyển hàng hóa,ứng dụng trong các bến cảng...
Nhận thấy tầm quan trọng của băng tải trong các ngành công nghiệp và đây là một hệ
thống cần có sự cải tiến và thiết kế mới,nhất là trong lĩnh vực trang bị điện và truyền động
điện đóng góp vai trò nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.Vì vậy các hệ thống
truyền động điện luôn luôn được quan tâm nghiên cứu để nâng cao nâng cao năng suất chất
lượng để đáp ứng yêu cầu hiện đại hóa cao.
Đề tài của của em “thiết kế hệ thống điều khiển băng tải vận chuyển theo hướng”.
Trong quá trình nhận đề tài với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của PGS.TS
Hoàng Xuân Bình, em đã hoàn tất xong cuốn đồ án này.Tuy nhiên do thời gian có hạn và
kinh nghiệm bản thân nên bản đồ án này không tránh được những sai sót, em rất mong
được sự đóng góp ý kiến chỉ bảo của các thầy cô và các bạn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện của trường
Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình để em hoàn thành cuốn đồ
án này.


CHƯƠNG 1. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BĂNG TẢI VẬN CHUYỂN
1.1 Các yêu cầu đối với băng tải vận chuyển
Chế độ làm việc của các thiết bị vận tải liên tục là chế độ dài hạn với phụ tải hầu như
không đổi. Theo yêu cầu công nghệ hầu hết các thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều
chỉnh tốc độ. Trong các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền có nơi yêu cầu dải điều chỉnh
tốc độ D = 2 : 1 để tăng nhịp độ làm việc của toàn bộ dây chuyền khi cần thiết.
Hệ truyền động các thiết bị vận tải liên tục cần đảm bảo khởi động đầy tải. Mô men

khởi động của động cơ Mkd = (1.6 ~ 1.8) Mdm. Bởi vậy nên chon động cơ truyền động
thiết bị vận tải liên tục là loại động cơ có hệ số trượt lớn, rãnh stato sâu để có hệ số mở máy
lớn.
Nguồn cung cấp cho động cơ truyền động các thiết bị vận tải liên tục cần có dung
lượng đủ lớn, đặc biệt là đối với công suất động cơ ≥ 30kw, để khi mở máy không ảnh
hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động được thực hiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn.
Để điều khiển cũng như vận hành băng tải trước hết phải kiểm tra các thiết bị trên
băng tải, kiểm tra sự sẵn sàng làm nhiệm vụ của băng tải. Theo quy định việc khởi động các
băng tải được thực hiện từ phũng điều khiển trung tâm (khởi động từ xa). Sơ đồ điều khiển
các động cơ điện của băng tải đƣợc bố trí thích hợp, để tiến hành khởi động các băng từ
bảng điều khiển trung tâm. Để điều khiển tự động từ bảng điều khiển bằng các khóa điều
khiển, phải chọn sơ đồ cấp liệu. Sau khi đặt khóa điều khiển vào vị trí tự động các đèn vị trí
của thiết bị này sẽ nhấp nháy. Sau đó tín hiệu từ sơ đồ khởi động trung tâm sẽ chạy băng
cuối cùng theo tuần tự của tuyến băng tải.
Trang bị điện cho các thiết bị vận tải liên tục phải đảm bảo các bảo vệ thông thường
như :bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ không, bảo vệ quá tải và một số dạng bảo vệ khác nhau như
bảo vệ thứ tự pha, bảo vệ liên động. Thiết bị sử dụng cho hệ thống trang bị điện cho băng
chuyền, băng tải trong các nhà máy hiện nay thường sử dụng các thiết bị lập trình được như
PLC,…
Các nguyên tắc cơ bản về thiết kế điều khiển thiết bị vận tải liên tục:
− Thứ tự khởi động các băng tải ngược chiều với hướng vận chuyển dòng vật
liệu.
− Dừng băng tải bất kì nào đó chỉ được phép khi băng tải trước nó đã dừng.
− Các băng tải, băng chuyền khi thiết kế nhất thiết phải có các cảm biến đo sức
căng, trọng tải, đo mức chứa của các thùng chứa,silo.
1.2 Đề xuất phương án thiết kế

1



Hình 1.2 Phương pháp thiết kế hệ thống băng tải
Thiết kế hệ thống như Hình 1.2, Băng tải có 3 hướng vận chuyển vật liệu .Vật liệu
được vận chuyển từ băng tải BT1 vào thùng chứa TP1 sau đó vật liệu được phân phối theo
2 đường chính: đường thứ nhất theo băng tải BT2 đổ vào silo S1,đường thứ 2 đi theo băng
tải BT3 vào thùng chứ TP2. Từ thùng chứa TP2 sẽ phân phối ra 2 hướng khác.Một hướng
theo BT4 đổ vào silo S2 và hướng còn lại theo băng tải BT5 vào silo S3.
Các yêu cầu thiết kế hệ thống:
− Thứ tự khởi động các băng tải ngược chiều với dòng khởi động của vật liệu.
− Khi dừng băng tải nào đó chỉ được phép khi băng tải trước đó đã được dừng.
− Phải có cảm biến lưu lượng băng tải và cảm biến báo mức các thùng chứa.
+ Thùng phân phối TP1 quyết định cho băng tải BT1 hoạt động hay không
hoạt động.
+ Silo1 quyết định cho băng tải BT2 hoạt động hay không
+ Thùng phân phối TP2 quyết định cho băng tải BT3 hoạt động hay không
hoạt động.
+ Silo 2 quyết định cho băng tải BT4 có hoạt động hay không hoạt động.
+ Silo 3 quyết định cho băng tải BT5 hoạt động hay không hoạt động .
− Van 1 đóng khi silo 1 báo đầy vật liệu và mở khi báo vật liệu ở mức thấp .
2


− Van 2 đóng khi thùng chứa 2 đầy và mở khi báo mức vật liệu ở thùng chứa 2 ở
mức thấp.
− Van 3 đóng khi silo 2 báo đầy và được mở ra khi báo mức vật liệu ở silo 2 ở
mức thấp.
− Van 4 đóng khi silo 3 báo đầy và được mở ra khi báo mức vật liệu ở silo 3 ở
mức thấp.
1.3 Thiết kế giải pháp đo mức cho thiết bị
− Giải pháp sử dụng cân băng tải BELT SCALE của SIEMENS
Một hệ thống cân băng tải cơ bản có các thành phần: Một cầu cân gắn các loadcell,

một bộ tích hợp và một sensor tốc độ. Các loadcell (Cảm biến lực) sẽ đo trọng lượng của
vật liệu trên cân và gửi tín hiệu về bộ tích hợp. Bộ này cũng nhận tín hiệu xung điện từ
sensor tốc độ (được gắn ở đuôi hoặc đáy băng), bộ tích hợp sẽ sử dụng các tín hiệu này để
tính toán năng suất vật liệu qua băng, bằng công thức: khối lượng x tốc độ = năng suất.
Công suất 3-5 KW

Hình 1.3.1 Thiết bị cân bằng tải Siemens Milltronics MLC
Sử dụng với dải công suất thấp, phù hợp với việc theo dõi các sản phẩm như thức ăn
chăn nuôi, thuốc lá, phân bón hoặc đường. thiết kế nhỏ gọn bằng thép không gỉ, lắp đặt dễ
dàng, giá thành thấp.
+ sử dụng cảm biến đo mức dạng xoay DF21 của MOLLET cho thùng chứa
và silo

3


Hình 1.3.2 Cảm biến dạng xoay DF21
− Nhiệt độ làm việc: -25…+80 độ C (max là 1000 độ C)
− Áp suất làm việc tối đa: 10 bar
− Vật liệu housing: nhôm hoặc inox 304
− Độ dài cánh xoay: 100mm (có thể kéo dài lên đến 1m)
− Kết nối ren hoặc mặt bích
− Output: Relay NO/NC
− Chống bám bụi và chống cháy nổ
− Ứng dụng: báo đầy báo cạn xi măng, cát, đá, bột, thức ăn gia súc…
Trong quá trình lắp đặt, cần chú ý lắp cánh xoay phải nằm hoàn toàn trong tank, silo
như hình trên. Ngoài ra, cần tránh lắp cảm biến tại những nơi là đường đổ liệu vào. Vì như
vậy sẽ làm cho cảm biến báo sai và không hiệu quả.

4



CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG MẠCH
ĐIỀU KHIỂN
2.1 Lựa chọn thiết bị phục vụ điều khiển
Để điều khiển hệ thống băng tải trước hết phải có một phòng điều khiển trung tâm bao
gồm:
Trạm vận hành (IOS – Operator station) là giao diện giữa người và máy, ngƣời vận
hành điều khiển các thiết bị và theo dõi quá trình hoạt động thông qua bàn phím và màn
hình hiển thị (Màn hình hiển thị kiểu touch screen).
Nó được sử dụng cho việc lưu trữ dữ liệu của DCS.
Phòng kỹ thuật (IES – Engineering work Station), được sử dụng làm nơi tạo ra các
phần mềm cho DCS.
Thiết bị được đặt trong phòng kĩ thuật là một máy tính cá nhân và phần mềm chạy
trên hệ điều hành Windows.
Ba thiết bị trên được đặt tại phòng điều khiển trung tâm (CCR).
Ngoài ra các thiết bị phụ trợ khác như máy in đen trắng, máy in màu… cũng được đặt
tại CCR.
Trạm điều khiển (ICS – Control Station), là tủ chứa bộ vi xử lý đa mạch vòng cơ bản
và điều khiển chung.
Đường truyền dữ liệu (DPCS – F), truyền tải dữ liệu với tốc độ đường truyền dữ liệu
cao giữa trạm vận hành (IOS), trạm dữ liệu (IDS) và phòng kỹ thuật (IES).
Bộ điều khiển logic khả trình PLC của SEMEN dùng để điều khiển các động cơ.
Hệ thống băng tải làm việc cũng là lúc các tín hiệu được báo về phòng điều khiển
trung tâm thông qua màn hình máy vi tính, ngoài ra hệ thống camera được đặt tại dây
chuyền băng tải cho phép ngƣời vận hành biết được quá trình hoạt động cũng như các lỗi
trong khâu sản xuất
2.2 Xây dựng mạch động lực
2.2.1 Thiết kế tủ động lực


5


Hình 2.2.1.1 Sơ đồ tủ điều khiển tập trung
Trên sơ đồ Hình 2.2.1.1, thể hiện sơ đồ tủ điều khiển tập trung. Sử dụng sơ đồ tủ điều
khiển tập trung này có ưu điểm là đỡ tốn dây dẫn và giảm số lượng nguồn cấp nên tiết kiệm
được chi phí. Sơ đồ này gồm 1 tủ điện nguồn phân phối chính, 1 tủ PLC, 5 tủ động cơ băng
tải M-1, M-2, M-3, M-4, M-5, 4 tủ điều khiển động cơ van V1, V2, V3 và V4.

6


Hình 2.2.1.2 Kích thước của tủ điện

7


2.2.2 Thiết kế sơ đồ cấp nguồn cho hệ vận tải liên tục

Hình 2.2.2.1 Sơ đồ cấp nguồn chính
Trên sơ đồ Hình 2.2.2.1 biểu diễn sơ đồ mạch cấp nguồn chính cho hệ thống băng tải.
Điện được lấy từ lưới, cấp nguồn cho động cơ băng tải, động cơ van và mạch điều khiển.
Đóng 1MCB nguồn điện đi tới rơle thứ tự pha. Rơle thứ tự pha có nhiệm vụ kiểm tra thứ tự
pha. Máy biến áp 1Tr, 2Tr, có nhiệm vụ biến đổi hạ áp nguồn đến giá trị thích hợp đề đo
vôn kế V.Biến dòng có nhiệm vụ biến đổi giảm dòng điện đến giá trị 5A phục vụ cho Ampe
kế đo điện áp. Máy biến áp Tr4 có nhiệm vụ hạ áp, cấp nguồn 220V. Bộ nguồn 24VDC có
nhiệm vụ cấp nguồn cho mạch điều khiển.

8



Hình 2.2.2.2 Sơ đồ mạch động lực cho động cơ băng tải BT1 và BT2
Trên Hình 2.2.2.2, thể hiện sơ đồ mạch động lực cho các động cơ băng tải BT1, BT2.
Động cơ được khởi động trực tiếp.Trên mỗi động cơ đều có các Vôn kế và Ampe kế để đo
điện áp và dòng điện.Bên cạnh đó còn có các rơle nhiệt RT1 và RT2 để bảo vệ quá tải.

9


Hình 2.2.2.3 Sơ đồ mạch động lực cho động cơ băng tải BT3 và BT4
Trên Hình 2.2.2.3, thể hiện sơ đồ mạch động lực cho các động cơ băng tải BT3, BT4.
Mỗi động cơ đều có Vôn kế và Ampe kế để đo điện áp và dòng điện khi làm việc. Ngoài ra
còn có bảo vệ quá tải động cơ bằng các rơle nhiệt Rt3 và RT4. Động cơ được khởi động
bằng phương pháp trực tiếp.

10


Hình 2.2.2.4 Sơ đồ mạch động lực cho động cơ băng tải BT5
Trên Hình 2.2.2.4, thể hiện sơ đồ mạch động lực cho động cơ băng tải BT5. Cũng như
các hình 2.4 và 2.5 thì động cơ được khởi động trực tiếp.Trên mỗi động cơ đều có các Vôn
kế và Ampe kế để đo điện áp và dòng điện.Bên cạnh đó còn có các rơle nhiệt RT5 để bảo
vệ quá tải.

11


Hình 2.2.2.5 Sơ đồ mạch động lực động cơ van V1 vàV2

12



Hình 2.2.2.6 Sơ đồ mạch động lực động cơ van V3 vàV4
Trên hình 2.2.2.5 và hình 2.2.2.6 thể hiện sơ đồ mạch động lực cho các động cơ van
V1, V2, V3 và V4. Động cơ được khởi động trực tiếp.Trên mỗi động cơ đều có các Vôn kế
và Ampe kế để đo điện áp và dòng điện.Bên cạnh đó còn có các rơle nhiệt RT6, RT7, RT8,
RT9 để bảo vệ quá tải.

13


2.3 Xây dựng mạch điều khiển
2.3.1 Thiết kế mạch role trung gian

Hình 2.3.1.1 Mạch rơ le trung gian cho các nút ấn
Trên Hình 2.3.1.1 gồm có các tiếp điểm phụ của của 6 nút start và 6 nút stop có thể
cấp nguồn cho hệ thống ở nhiều vị trí khác nhau.

14


Hình 2.3.1.2 Mạch role trung gian cho động cơ băng tải và van
Trên hình 2.3.1.2 gồm các tiếp điểm phụ của các role MC, MC1……13MC1 và các
cuộn hút của công tắc MC, MC1, ….13MC1. Nếu đầu ra của PLC cấp tín hiệu điều khiển
thì các tiếp điểm của các role đóng MC, MC1, …. 13MC1 đóng lại cấp nguồn cho các công
tắc tơ MC, MC1, …13MC1.

15



Hình 2.3.1.3 Mạch role trung gian cho các cảm biến của TP và Silo

16


2.3.2 Thiết kế mạch đầu vào PLC

Hình 2.3.2.1 Mạch đầu vào PLC thứ nhất

17


Hình 2.3.2.2 Mạch đầu vào PLC thứ hai

18


Hình 2.3.2.3 Mạch đầu vào PLC thứ ba
Trên hình 2.3.2.1, 2.3.2.2, 2.3.2.3 gồm có các tiếp điểm phụ 1MCB, 2MCB,
3MCB, 4MCB, …,13MCB để điều khiển cấp nguồn. Tiếp đến là các nút khởi động
bằng nút ấn start và tín hiệu dừng bằng nút stop. Bên cạnh đó là các tín hiệu báo mức
HLTP1, LLTP1, HLTP2, LLTP2, HLS1, LLS1, HLS2, LLS2, HLS3, LLS3 và các tín
hiệu chống quá tải cho động cơ RT1, RT2, RT3, RT4, RT5, RT6, RT7, RT8, RT9.

19


2.3.3 Thiết kế mạch đầu ra PLC

Hình 2.3.3 Mạch đầu ra PLC

Trên hình 2.3.3 thể hiện sơ đồ mạch đầu ra PLC. Đầu ra PLC gồm các tín hiệu rơle
trung gian 1MC1, 2MC1, 3MC1, …13MC1. Các rơle trung gian này thực hiện nhiệm
vụ cấp nguồn cho các công tắc tơ mạch động lực tương ứng cùng tên.

20


CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC
3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển

Hình 3. 1 Lưu đồ thuật toán

3.2 Các tín hiệu vào ra của PLC
21


STT

Tín hiệu vào hệ thống

Địa chỉ

Ý nghĩa

đầu vào
PLC
1

Nút khởi động (Start→ I0.0


Tín hiệu khởi động

start 5)
2

Nút dừng ( Stop → Stop5)

I0.1

Tín hiệu dừng

3

Rơle nhiệt RT1

I0.2

Dừng động cơ BT1

4

Rơle nhiệt RT2

I0.3

Dừng động cơ BT2

5

Rơle nhiệt RT3


I0.4

Dừng động cơ BT3

6

Rơle nhiệt RT4

I0.5

Dừng động cơ BT4

7

Rơle nhiệt RT5

I0.6

Dừng động cơ BT5

8

Rơle nhiệt RT6

I0.7

Dừng động cơ Van1

9


Rơle nhiệt RT7

I1.0

Dừng động cơ Van2

10

Rơle nhiệt RT8

I1.1.

Dừng động cơ Van3

11

Rơle nhiệt RT9

I1.2

Dừng động cơ Van4

12

Cảm biến mức S1HL

I1.3

Khóa V1 VÀ Dừng BT2


13

Cảm biến mức S1LL

I1.4

Mở V1 và chạy BT2

14

Cảm biến mức S2HL

I1.5

Dừng BT4 và khóa V3

15

Cảm biến mức S2LL

I1.6

Chạy BT4 và mở V3

16

Cảm biến mức S3HL

I1.7


Dừng BT5 và khóa V4

17

Cảm biến mức S3LL

I2.0

Chạy BT5 và mở V4

18

Cảm biến mức TP1HL

I2.1

Dừng BT1

19

Cảm biến mức TP1LL

I2.2

Chạy BT1

20

Cảm biến mức TP2HL


I2.3

Dừng BT3 và khóa V2

21

Cảm biến mức TP2LL

I2.4

Chạy BT3 và mở V2

22

Tiếp điểm phụ 1MCB

I2.5

Điều kiện khởi động của hệ thống

23

Tiếp điểm phụ 2MCB

I2.6

Điều kiện khởi động của hệ thống
22



24

Tiếp điểm phụ 3MCB

I2.7

Điều kiện khởi động của hệ thống

25

Tiếp điểm phụ 4MCB

I3.0

Điều kiện khởi động của hệ thống

26

Tiếp điểm phụ 5MCB

I3.1

Điều kiện khởi động của hệ thống

27

Tiếp điểm phụ 6MCB

I3.2


Điều kiện khởi động của hệ thống

28

Tiếp điểm phụ 7MCB

I3.3

Điều kiện khởi động của hệ thống

29

Tiếp điểm phụ 8MCB

I3.4

Điều kiện khởi động của hệ thống

30

Tiếp điểm phụ 8MCB

I3.5

Điều kiện khởi động của hệ thống

31

Tiếp điểm phụ 8MCB


I3.6

Điều kiện khởi động của hệ thống

32

Tiếp điểm phụ 8MCB

I3.7

Điều kiện khởi động của hệ thống

33

Tiếp điểm phụ 8MCB

I4.0

Điều kiện khởi động của hệ thống

Bảng 3.2.1 Tín hiệu đầu vào PLC

STT

Tín hiệu ra hệ thống

Địa chỉ đầu

Ý nghĩa


ra PLC
1

Rơle MC1 cấp nguồn điều khiển Q0.0

Khởi động BT1

cho BT1
2

Rơle 2MC1 cấp nguồn điều khiển Q0.1

Khởi động BT2

cho BT2
3

Rơle 3MC1 cấp nguồn điều khiển Q0.2

Khởi động BT3

cho BT3
4

Rơle 4MC1 cấp nguồn điều khiển Q0.3

Khởi động BT4

cho BT4

5

Rơle 5MC1 cấp nguồn điều khiển Q0.4

Khởi động BT5

cho BT5
6

Rơle 6MC1 cấp nguồn điều khiển Q0.5
cho van 1
23

Khởi động thuận V1