Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu xây dựng các nhà máy, công xưởng, bến bãi và hệ thống lưu trữ hàng hóa gia tăng nhanh chóng, kéo theo đòi hỏi cấp thiết về các thiết bị nâng chuyển chuyên dụng. Cẩu trục, đặc biệt là cẩu trục dầm đôi, đóng vai trò phương tiện chủ lực trong việc bốc dỡ, di chuyển và nâng hạ máy móc, hàng hóa có tải trọng nặng, giúp giải phóng sức lao động thủ công và nâng cao năng suất vận hành trong các nhà kho công nghiệp. Tuy nhiên, theo ghi nhận của nhóm tác giả, hệ thống cẩu trục tại Việt Nam ở thời điểm nghiên cứu vẫn còn những hạn chế nhất định về quy mô ứng dụng và trình độ công nghệ tự động hóa. Đề tài "Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mô hình cẩu trục dầm đôi dùng trong nhà kho" được thực hiện nhằm ứng dụng các nền tảng điều khiển logic khả trình (PLC) và hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát (SCADA) vào mô hình thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm 8 nội dung:

  1. Hiểu được nguyên lý hoạt động của một số loại cẩu trục.
  2. Hoàn thành mô hình cẩu trục dầm đôi.
  3. Hiểu và kết nối được các phần cứng với nhau.
  4. Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động và thiết lập được biến tần cho ứng dụng cẩu trục dầm đôi.
  5. Nghiên cứu và sử dụng được các phần cứng và phần mềm của hãng Siemens.
  6. Điều khiển mô hình cẩu trục ở hai chế độ Tự động (Auto) và Bằng tay (Manual); khi PLC gặp sự cố thì vẫn có thể điều khiển được hệ thống qua chế độ Manual.
  7. Sử dụng giao diện HMI và SCADA để giám sát, hiển thị, điều khiển và chẩn đoán tình trạng của các thiết bị.
  8. Xuất được các báo cáo, biểu đồ có thể xem trực tuyến giúp người quản lý nắm bắt được thông tin rõ ràng và đưa ra những quyết định chính xác, kịp thời đến hệ thống.

Để hiện thực hóa các mục tiêu trên, các nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành 6 hạng mục:

  1. Tìm hiểu các loại cẩu trục trên thị trường.
  2. Thiết lập cấu hình biến tần điều khiển cẩu trục.
  3. Khắc phục các sự cố khi biến tần hoặc hệ thống bị lỗi.
  4. Lập trình cho PLC và SCADA.
  5. Nghiên cứu các phần mềm lưu trữ, xuất báo cáo.
  6. Nghiên cứu nguyên lý, thông số kỹ thuật của các thiết bị trong hệ thống.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

  • Đối tượng nghiên cứu: Mô hình cẩu trục dầm đôi ứng dụng trong nhà kho, hệ thống mạch động lực, mạch điều khiển sử dụng PLC Siemens, biến tần điều khiển động cơ và phần mềm giao diện giám sát SCADA.
  • Phạm vi phần cứng: Bộ điều khiển logic khả trình Siemens S7-300 với CPU 313C-2DP, module cấp nguồn PS-307, module mở rộng DI/DO, biến tần Fuji FVR0-1E9S-2, biến tần Mitsubishi FR-120-0, động cơ xoay chiều 3 pha, encoder đo vị trí có mạch khuếch đại xung dùng opto PC 817, cảm biến tiệm cận từ (reed contact) và công tắc hành trình.
  • Phạm vi phần mềm: Phần mềm kỹ thuật Simatic STEP 7 (v5.5), phần mềm thiết kế giao diện điều khiển và giám sát Simatic WinCC, Microsoft Visio 2013 và phần mềm điều khiển từ xa qua mạng TeamViewer.
  • Thời gian và không gian thực hiện: Đề tài được nhận vào tháng 03/2017 và hoàn thành bảo vệ vào tháng 07/2017 tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý thuyết kỹ thuật máy nâng chuyển, cẩu trục được phân loại theo nhiều tiêu chí: công dụng (chung, chuyên dùng), phương thức dẫn động (bằng tay, bằng điện), kết cấu dầm (dầm đơn, dầm đôi/kép, dầm hộp, dầm giàn), cách tựa dầm (cẩu trục tường, cẩu trục treo), và phạm vi phục vụ (cầu cảng, phòng nổ, thủy điện, luyện kim, gầu ngoạm, mâm từ). Đối với cẩu trục dầm đôi, kết cấu chịu lực gồm hai dầm chính liên kết cứng với hai dầm đầu (dầm biên) tạo thành khung cứng vững; pa lăng di chuyển trên đường ray đặt phía trên dầm chính. Cơ cấu di chuyển cẩu trục có thể thực hiện theo hai phương án: dẫn động chung (một động cơ đặt giữa dầm truyền qua các trục truyền) hoặc dẫn động riêng (mỗi bên ray được trang bị một cụm dẫn động riêng biệt, công suất mỗi động cơ thường được tính bằng 60% tổng công suất).

Lý thuyết điều khiển truyền động tập trung vào việc biến đổi tần số và điện áp nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ 3 pha. Cấu tạo bộ biến tần bao gồm 6 khối chức năng cốt lõi:

  1. Bộ chỉnh lưu (sử dụng cầu diode sóng toàn phần chuyển đổi điện xoay chiều thành một chiều).
  2. Tuyến dẫn một chiều (DC link chứa dàn tụ điện trữ điện áp một chiều sau chỉnh lưu).
  3. Khối nghịch lưu IGBT (đóng cắt theo thuật toán điều chế độ rộng xung PWM để tạo điện áp xoay chiều 3 pha biến thiên vô cấp).
  4. Bộ điện kháng xoay chiều (AC reactor giảm méo sóng hài và xung nhiễu lưới).
  5. Bộ điện kháng một chiều (DC reactor hạn chế tốc độ biến thiên dòng tức thời, bảo vệ tụ điện).
  6. Điện trở hãm (tiêu tán lượng điện năng phản hồi dưới dạng nhiệt khi động cơ giảm tốc hoặc dừng với quán tính lớn, tránh lỗi quá áp tuyến DC).

Về nền tảng tự động hóa và cảm biến:

  • Bộ điều khiển khả trình PLC S7-300 xử lý logic dựa trên chu trình quét ngõ vào/ngõ ra, hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình chuẩn gồm sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối chức năng (FBD) và danh sách lệnh (STL).
  • Mạng truyền thông MPI (Multi Point Interface) thuộc chuẩn của Siemens, hoạt động theo phương thức Token Passing, hỗ trợ tối đa 32 trạm với tốc độ truyền cực đại 187,5 Kbps, truyền nhận dữ liệu thông qua bảng dữ liệu toàn cục GD (Global Data) với khoảng cách tối đa 50 m khi không dùng repeater.
  • Cảm biến từ tiệm cận sử dụng tiếp xúc lưỡi gà (reed contacts) đặt trong bầu kính chứa khí trơ, đóng ngắt mạch khi có từ trường tác động.
  • Cảm biến xung Encoder (dạng gia tăng - incremental encoder) chuyển đổi chuyển động quay thành chuỗi xung điện quang để quản lý góc quay và định vị tọa độ.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện qua việc kết hợp: khảo sát tổng quan tài liệu kỹ thuật trong và ngoài nước; tính toán phụ tải sơ bộ cho quá trình nâng hạ; thiết kế mạch nguyên lý phần cứng và đấu nối thiết bị thực tế; lập trình cấu hình trạm PLC, lập lưu đồ thuật toán điều khiển hai chế độ; xây dựng giao diện vận hành SCADA và tích hợp giải pháp truyền thông giám sát từ xa.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống điều khiển và giám sát mô hình cẩu trục dầm đôi trong nhà kho được cấu hình đồng bộ giữa phần cứng điện lực, điều khiển lập trình và phần mềm điều hành SCADA.

Cấu hình thiết bị phần cứng

Cấu hình phần cứng được bố trí trên một thanh ray (Rail) chuẩn của Siemens S7-300 theo thứ tự quy định của nhà sản xuất, kết hợp cùng các thiết bị ngoại vi điều khiển động lực và cảm biến:

Thiết bị / Thành phần Mã hiệu / Quy cách kỹ thuật Vai trò trong hệ thống
Khung giá đỡ trạm PLC Thanh ray RACK-300 Gắn cố định các module chức năng theo thứ tự Slot chuẩn
Module nguồn (Slot 1) Siemens PS-307 Cấp nguồn một chiều 24VDC cho CPU và các module I/O
Bộ xử lý trung tâm (Slot 2) Siemens CPU 313C-2DP Xử lý chương trình logic, tích hợp sẵn các kênh DI/DO và cổng MPI/DP
Module ngõ vào/ra mở rộng Siemens Module DI 16 Bổ sung các ngõ vào số phục vụ tiếp nhận tín hiệu cảm biến
Biến tần di chuyển (Travel) Mitsubishi FR-120-0 Điều khiển thay đổi tần số và tốc độ động cơ di chuyển dầm cẩu
Biến tần nâng hạ (Hoist) Fuji FVR0-1E9S-2 Điều khiển thay đổi tốc độ và chiều quay động cơ cơ cấu nâng hạ pa lăng
Bộ đếm góc / Vị trí Incremental Encoder Đo đếm số vòng quay trục động cơ nhằm xác định tọa độ pa lăng
Mạch đệm tín hiệu Mạch khuếch đại xung dùng OPTO PC 817 Cách ly quang và chuẩn hóa mức tín hiệu xung từ Encoder đưa vào PLC
Cảm biến vị trí kho Cảm biến từ (Reed contact) Bố trí thành ma trận số để xác định chính xác vị trí ô chứa thùng hàng
Giới hạn hành trình Công tắc hành trình cơ học Bảo vệ ngắt chuyển động tại các giới hạn biên của cẩu trục
Cơ cấu đóng cắt trung gian Mạch Relay Cách ly tín hiệu ngõ ra PLC với các cuộn hút và mạch điều khiển động lực

Thiết kế phần mềm điều khiển và giám sát

Kiến trúc phần mềm được phân cấp rõ ràng giữa tầng chấp hành (PLC) và tầng điều hành, quản trị dữ liệu (SCADA):

  • Cấu hình trạm và lập trình PLC: Khởi tạo dự án trong SIMATIC STEP 7 v5.5, cấu hình thông số trạm SIMATIC 300 Station, khai báo module phần cứng trên HW Config. Giao thức truyền thông kết nối máy tính lập trình (PG/PC) với CPU 313C-2DP được thiết lập qua giao diện card mạng MPI với tốc độ truyền 187,5 Kbps. Toàn bộ giải thuật điều khiển tự động và bằng tay được viết trong khối OB1 bằng ngôn ngữ sơ đồ thang LAD.
  • Hệ thống điều khiển hai chế độ: Chế độ Auto vận hành tuần tự theo lưu đồ trạng thái; hệ thống kiểm tra ma trận cảm biến từ để đưa cẩu trục đến đúng vị trí hàng hóa chỉ định. Chế độ Manual cho phép người vận hành can thiệp cưỡng bức qua bảng nút nhấn phần cứng ngay cả khi bộ điều khiển PLC gặp sự cố hỏng hóc hoặc mất chương trình.
  • Giao diện SCADA trên WinCC: Khởi tạo biến thông qua bảng Tag Management để liên kết địa chỉ bộ nhớ với PLC S7-300 qua driver MPI. Hệ thống giao diện bao gồm:
    • Trang giám sát tổng quan: mô phỏng vị trí không gian thực của cẩu trục, hiển thị trạng thái hoạt động của các biến tần travel, hoist và các cảm biến.
    • Trang thông tin hàng hóa: tích hợp tính năng User Archive của WinCC nhằm quản lý thông tin các thùng hàng theo Job và ID.
    • Kết xuất dữ liệu: Trích xuất các bảng dữ liệu lịch sử và báo cáo lưu kho thành tệp tin định dạng Microsoft Excel.
    • Điều khiển từ xa: Tích hợp phần mềm TeamViewer cho phép kỹ sư vận hành có thể theo dõi màn hình SCADA, nhập lệnh điều khiển và truy xuất dữ liệu từ bất kỳ vị trí nào qua mạng Internet.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 1 giới thiệu khái quát về tình hình nghiên cứu thiết bị máy nâng chuyển trong bối cảnh công nghiệp hóa. Đặt vấn đề về tính cấp thiết của cẩu trục dầm đôi trong việc giảm nhẹ sức lao động và tối ưu hóa diện tích nhà kho. Xác định 8 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, 6 nhiệm vụ trọng tâm cùng phạm vi nghiên cứu thực nghiệm trên nền tảng thiết bị Siemens S7-300, phần mềm STEP 7, WinCC, TeamViewer và mô hình cẩu trục trong thời gian từ tháng 03/2017 đến tháng 07/2017.

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 trình bày có hệ thống các nguyên lý kỹ thuật cơ sở:

  • Phân tích chi tiết các loại cẩu trục và các bộ phận chính của cẩu trục dầm đôi: pa lăng cáp điện, dầm chính dạng hộp hoặc giàn không gian, dầm biên dẫn động riêng (mỗi động cơ chiếm 60% tổng công suất), hệ thống cấp điện và tủ điện điều khiển.
  • Đánh giá ba phương pháp điều khiển cẩu trục: tay bấm có dây, cabin điều khiển và tay bấm vô tuyến sóng radio.
  • Làm rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần qua 6 khối linh kiện (bộ chỉnh lưu, tuyến dẫn DC, IGBT điều chế PWM, điện kháng AC, điện kháng DC và điện trở hãm); cấu tạo stator, rotor lồng sóc của động cơ điện xoay chiều 3 pha.
  • Cấu trúc phần cứng PLC S7-300, các loại bộ nhớ (RAM, EPROM, EEPROM), nguyên lý quét bus địa chỉ/dữ liệu; cấu tạo cảm biến từ tiếp xúc lưỡi gà, nguyên lý encoder quang học; chuẩn mạng truyền thông MPI 187,5 Kbps.
  • Hướng dẫn các bước thiết lập dự án trên STEP 7 v5.5, cấu hình trạm phần cứng trên thanh ray RACK-300 và đặc tính của ba ngôn ngữ lập trình LAD, FBD, STL.

Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Chương 3 tập trung vào công tác tính toán và triển khai sơ đồ kỹ thuật:

  • Đưa ra yêu cầu công nghệ và xây dựng các lưu đồ thuật toán điều khiển chi tiết cho toàn bộ chu trình hoạt động của mô hình.
  • Tính toán phụ tải tĩnh và phụ tải động khi cẩu trục thực hiện nâng tải và hạ tải trọng; khảo sát quan hệ phụ thuộc của tốc độ quay động cơ theo phụ tải.
  • Lựa chọn cấu hình thiết bị: Module nguồn PS-307, CPU 313C-2DP tích hợp sẵn kênh DI/DO, module ngõ vào số DI 16 mở rộng; biến tần Fuji FVR0-1E9S-2 cho cơ cấu nâng hạ và biến tần Mitsubishi FR-120-0 cho cơ cấu di chuyển.
  • Thiết kế mạch đệm và cách ly tín hiệu xung encoder bằng bộ ghép quang OPTO PC 817 nhằm chống nhiễu trước khi cấp vào ngõ đếm tốc độ cao của PLC.
  • Xây dựng hệ thống bản vẽ đấu nối chi tiết: sơ đồ mạch động lực cấp nguồn động cơ 3 pha qua biến tần, sơ đồ kết nối chân I/O trên PLC, sơ đồ đấu dây trung gian qua relay, sơ đồ tích hợp công tắc hành trình và cảm biến từ định vị.

Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Chương 4 mô tả quá trình thiết kế hệ thống SCADA trên nền tảng phần mềm Simatic WinCC:

  • Khởi tạo kết nối truyền thông MPI giữa WinCC và PLC S7-300, định nghĩa và quản lý biến trong Tag Management.
  • Thiết kế đồ họa các trang chức năng: màn hình giám sát tổng quan mô phỏng vị trí cẩu trục, trạng thái các công tắc và chuyển động thực tế.
  • Thiết lập tính năng User Archive để lưu trữ cơ sở dữ liệu hàng hóa, cấu hình các trường dữ liệu liên kết tag với Job và ID tương ứng với từng kiện hàng trong kho.
  • Cấu hình chức năng xuất dữ liệu báo cáo ra file Excel phục vụ công tác quản lý và thống kê kho hàng.
  • Cài đặt và cấu hình phần mềm TeamViewer thiết lập kênh giám sát, điều khiển và trích xuất dữ liệu từ xa qua môi trường mạng máy tính.

Chương 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

Chương 5 công bố các sản phẩm vật chất và kết quả chạy thử nghiệm hệ thống:

  • Mô hình cơ khí cẩu trục dầm đôi hoàn chỉnh, vận hành êm trên hệ thống ray trượt mô phỏng nhà kho.
  • Panel bố trí thiết bị và tủ điện đấu nối khoa học, phân tách rõ ràng mạch động lực và mạch điều khiển.
  • Bảng điều khiển tích hợp hai chế độ: hệ thống vận hành tự động định vị thùng hàng qua ma trận cảm biến số và chế độ điều khiển bằng tay vận hành độc lập khi PLC có sự cố.
  • Giao diện SCADA hiển thị trực quan các chuyển động nâng hạ, dịch chuyển pa lăng; bảng thông tin User Archive cập nhật liên tục vị trí, mã hàng và hỗ trợ xuất dữ liệu ra file Excel chính xác.

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương 6 tổng kết việc hoàn thành các mục tiêu thiết kế phần cứng, điều khiển biến tần, lập trình PLC và SCADA cho mô hình cẩu trục. Đồng thời, tác giả đưa ra các hướng phát triển kỹ thuật nhằm nâng cao tính ứng dụng và độ tin cậy của hệ thống trong thực tế sản xuất.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

Đồ án đã chế tạo thành công một mô hình thực nghiệm cẩu trục dầm đôi phục vụ kho hàng và hệ thống điều khiển tích hợp với các kết quả cụ thể:

  • Chế tạo hoàn thiện mô hình cơ khí cẩu trục dầm đôi với cơ cấu nâng hạ pa lăng và cơ cấu di chuyển dọc ray hoạt động trơn tru.
  • Thi công panel điện gồm trạm PLC S7-300 (CPU 313C-2DP, nguồn PS-307, module DI 16), 02 bộ biến tần (Fuji FVR0-1E9S-2 và Mitsubishi FR-120-0), hệ thống relay đệm và mạch cách ly quang dùng IC OPTO PC 817.
  • Xây dựng thành công ma trận cảm biến từ (reed contact) gắn tại các vị trí lưu trữ, cho phép hệ thống tự động nhận diện và định vị chính xác tọa độ các thùng hàng trong kho.
  • Lập trình hoàn chỉnh chương trình điều khiển hai chế độ Auto và Manual trên STEP 7 v5.5; chế độ Manual hoạt động hoàn toàn độc lập, đảm bảo an toàn duy trì vận hành khi bộ xử lý PLC xảy ra lỗi.
  • Thiết kế giao diện SCADA WinCC đồng bộ thời gian thực qua cáp mạng MPI ở tốc độ 187,5 Kbps; ứng dụng User Archive để lưu trữ tham số Job/ID kiện hàng, xuất dữ liệu trực tiếp ra tệp tin Excel và thiết lập quyền truy cập điều khiển từ xa qua TeamViewer.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

Theo công bố của nhóm tác giả, đề tài mang lại các đóng góp thiết thực:

  • Làm chủ quy trình thiết kế và tích hợp đồng bộ các giải pháp phần cứng và phần mềm của hãng Siemens trong bài toán tự động hóa máy nâng chuyển.
  • Cung cấp giải pháp định vị hàng hóa chi phí thấp trong kho hàng bằng cách kết hợp ma trận cảm biến số tiệm cận và bộ đếm xung encoder có mạch khuếch đại chống nhiễu.
  • Hoàn thiện cấu trúc điều khiển phân tầng: từ mạch động lực biến tần, mạch logic PLC đến giao diện điều hành SCADA có khả năng lưu trữ cơ sở dữ liệu chuyên nghiệp và hỗ trợ quản trị từ xa qua môi trường mạng Internet.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

Dựa trên các nội dung văn bản và đặc thù quy mô mô hình thí nghiệm:

  • Kết cấu cẩu trục mới dừng lại ở quy mô mô hình học tập, tải trọng nâng và công suất động cơ còn nhỏ, chưa phản ánh đầy đủ quán tính và rung lắc thực tế của cẩu trục công nghiệp tải trọng lớn (từ 2 đến 100 tấn).
  • Khả năng xuất hiện xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản hai bên đường ray không đều (như nhược điểm lý thuyết cẩu trục dầm đôi đã nêu) chưa được tích hợp thuật toán điều khiển tự động bù lệch tốc độ giữa hai động cơ dẫn động riêng.
  • Chức năng điều khiển và truy cập từ xa phụ thuộc hoàn toàn vào đường truyền mạng Internet và phần mềm bên thứ ba (TeamViewer), chưa triển khai máy chủ Web nội bộ độc lập.

Hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản định hướng các nội dung phát triển tiếp theo của hệ thống:

  • Tiếp tục nâng cấp và mở rộng quy mô mô hình cẩu trục, thử nghiệm với dải tải trọng nâng và khẩu độ ray lớn hơn.
  • Nghiên cứu áp dụng các thuật toán điều khiển nâng cao nhằm giảm hiện tượng dao động (chống lắc tải) của pa lăng cáp điện khi dừng hoặc đổi chiều chuyển động.
  • Nâng cấp mạng truyền thông công nghiệp lên các chuẩn cấp cao hơn như PROFIBUS-DP hoặc PROFINET để tăng tốc độ trao đổi dữ liệu và khả năng mở rộng thêm nhiều trạm tớ phân tán.
  • Hoàn thiện hệ thống quản trị kho hàng thông minh, tích hợp mã vạch/RFID và liên kết cơ sở dữ liệu kho vào hệ thống hoạch định tài nguyên doanh nghiệp (ERP).

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Cơ khí Máy nâng chuyển.

Các nội dung có giá trị ứng dụng cao bao gồm:

  • Phương pháp tính toán phụ tải nâng hạ cơ cấu cẩu trục và quy trình thiết lập tham số cho biến tần Fuji và Mitsubishi.
  • Bản vẽ thiết kế mạch phối ghép tín hiệu xung Encoder tốc độ cao vào PLC thông qua mạch khuếch đại cách ly quang dùng OPTO PC 817.
  • Tài liệu hướng dẫn từng bước cấu hình phần cứng trạm S7-300 trên STEP 7 v5.5, thiết lập giao thức truyền thông MPI với WinCC.
  • Cấu hình thực tế khối User Archive trong WinCC để quản trị thông tin vị trí hàng hóa và trích xuất báo cáo ra file Excel.

Câu hỏi thường gặp

1. Trạm PLC Siemens S7-300 sử dụng trong đồ án gồm những module nào và quy định thứ tự cắm trên thanh ray (Rail) ra sao?

Trạm PLC sử dụng bộ điều khiển Siemens CPU 313C-2DP tích hợp sẵn các kênh vào/ra số (DI/DO), kết hợp module cấp nguồn PS-307 và module mở rộng ngõ vào số DI 16. Thứ tự bố trí trên thanh ray RACK-300 tuân thủ quy chuẩn: Slot 1 cắm module nguồn PS-307; Slot 2 cắm module CPU 313C-2DP; Slot 3 để trống (hoặc dành cho module giao tiếp mạng); từ Slot 4 trở đi dùng để gắn module mở rộng DI 16.

2. Hệ thống thực hiện việc định vị vị trí các thùng hàng trong kho bằng phương pháp nào?

Hệ thống sử dụng các cảm biến tiệm cận từ (hoạt động theo nguyên lý tiếp xúc lưỡi gà - reed contact) được bố trí thành một ma trận cảm biến số tại các vị trí lưu trữ hàng trong kho. Kết hợp với tín hiệu phản hồi số xung từ Incremental Encoder gắn trên trục động cơ, PLC sẽ xác định chính xác tọa độ vị trí của kiện hàng cần lấy hoặc trả.

3. Mạch khuếch đại tín hiệu xung cho Encoder sử dụng linh kiện gì và có vai trò như thế nào?

Mạch sử dụng các vi mạch cách ly quang OPTO PC 817. Mạch này có chức năng khuếch đại biên độ xung và cách ly quang giữa mạch phát xung quang của Encoder với các đầu vào đếm tốc độ cao của CPU PLC, giúp bảo vệ ngõ vào PLC và triệt tiêu các xung nhiễu điện từ phát sinh từ hệ thống truyền động biến tần.

4. Hệ thống SCADA WinCC quản lý thông tin xuất - nhập kho và xuất báo cáo bằng công cụ nào?

Hệ thống sử dụng tính năng User Archive được tích hợp trong WinCC. Người vận hành tạo các tag liên kết với các trường dữ liệu quản lý mã công việc (Job) và định danh thùng hàng (ID). WinCC thực hiện lưu trữ dữ liệu này và cung cấp lệnh chức năng để xuất bảng dữ liệu thống kê trực tiếp sang định dạng tệp tin Microsoft Excel.

5. Khi hệ thống PLC gặp sự cố hỏng hóc hoặc mất nguồn điều khiển, mô hình cẩu trục được vận hành như thế nào?

Hệ thống được thiết kế tích hợp bảng điều khiển phần cứng song song với hai chế độ Auto và Manual. Khi PLC gặp lỗi phần mềm hoặc hư hỏng phần cứng, người vận hành có thể chuyển sang chế độ Manual để điều khiển trực tiếp các cơ cấu nâng hạ và di chuyển của cẩu trục thông qua hệ thống mạch relay và nút nhấn cơ học độc lập.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mô hình cẩu trục dầm đôi dùng trong nhà kho" đã hoàn thành việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết máy trục và hiện thực hóa thành công mô hình phần cứng điều khiển bằng PLC Siemens S7-300 kết hợp biến tần. Đề tài xây dựng hoàn chỉnh giao diện SCADA trên WinCC hỗ trợ giám sát thời gian thực, quản lý cơ sở dữ liệu hàng hóa bằng User Archive, trích xuất báo cáo Excel và điều khiển từ xa qua TeamViewer. Kết quả thực nghiệm đạt độ ổn định cao ở cả hai chế độ tự động và bằng tay, cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho các nghiên cứu ứng dụng tự động hóa công nghiệp.