TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009 9 THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SÀN NÂNG TÀU TẠI NHÀ MÁY X50 DESIGNING AND IMPROVING THE SYNCROLIFT CONTROL SYSTEM AT X50 FACTORY Đinh Minh Diệm Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Huỳnh Nam Đông Nhà máy X50 TCCNQP TÓM TẮT Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển sàn nâng tàu tại nhà máy X50. Việc cải tiến hệ thống điều khiển dựa trên ứng dụng điều khiển tự động bằng PLC và mô phỏng quá trình hoạt động trên máy tính cá nhân. Nằm trong mục tiêu từng bước hiện đại hóa các trang thiết bị quân sự phù hợp với điều kiện sản xuất trong khu vực, nghiên cứu này cũng nhằm hoàn thiện hệ thống điều khiển cũ. Hệ thống điều khiển cải tiến bằng bộ PLC S7- 300 có thể thay thế hoàn toàn bộ điều khiển cũ, đồng thời kết nối điều khiển hệ thống với máy vi tính, thực hiện điều khiển trực tiếp từ máy vi tính và mô phỏng hoàn toàn quá trình hoạt động của sàn nâng trên máy vi tính. Để đảm bảo cho quá trình nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã thiết kế chế tạo mô hình sàn nâng tàu 1000T có ứng dụng hệ điều khiển cải tiến, cho thấy hệ điều khiển cải tiến hoàn toàn có thể áp dụng trên thực tế. ABSTRACT This paper presents a design and improvement of the syncrolift control system at X50 Factory. The improvement of the control system uses the PLC control and simulates the syncrolift activity on the computer. This research is aimed not only to gradually modernize military equipment in comformity with regional manufacture but also improve old control systems. This improved control system with PLC S7-300 is a complete replacement for the old control system and connected to a PC for controlling and simulating all the syncrolift functions. In the course of this study, the reseachers have designed and manufactured a model for 1,000- ton syncrolift with an improved control system. Consequently, it is possible to apply this procedure to the manufacture of improved control systems. 1. Đặt vấn đề Sàn nâng tàu là một thiết bị quan trọng trong công tác hạ thủy tàu hoặc nâng tàu lên trên mặt nước để sửa chữa tàu. Sàn nâng tàu thích hợp với các nhà máy đóng hoặc sửa chữa tàu cỡ vừa. Sàn nâng tàu tại nhà máy X50 có trọng tải 350 tấn, sản xuất tại Hoa kỳ vào những năm 60 của thế kỷ trước. Sàn nâng được điều khiển bằng tổ hợp các cụm rơ le động lực và các rơ le trung gian. Do vậy trong quá trình sản xuất, hệ thống làm việc không ổn định, thường xuyên hư hỏng. Việc thay thế các rơ le tốn kém và mất nhiều thời gian. Trong những năm gần đây, với sự ra đời của các bộ PLC tiên tiến và máy tính cá nhân, việc ứng dụng vào sản xuất, thay thế dần các cụm rơ le cồng kềnh đã và đang TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009 10 được thực hiện rất nhanh. Hệ thống điều khiển sàn nâng tàu cũng không là ngoại lệ. Trên cơ sở của PLC và khả năng kết nối với máy tính, việc điều khiển sàn nâng có tính ổn định cao hơn, chính xác hơn, trực quan hơn, dễ kiểm soát hơn với phần mềm mô phỏng toàn bộ quá trình hoạt động của nó. 1 2 3 4 Hình 1. Sàn nâng tàu. 1. Cọc betông; 2. Sàn nâng; 3. Các ụ tời; 4. Tàu trên sàn. 2. Hệ thống điều khiển cũ và các vấn đề tồn tại Sàn nâng tàu tại nhà máy X50 có hệ thống điều khiển bằng tổ hợp các cụm rơ le cồng kềnh, có nhiều vần đề tồn tại: - Tính ổn định không cao, thường xuyên hư hỏng; - Giá thành sửa chữa cao; - Độ chính xác điều khiển vị trí không cao, nhiều người tham gia quá trình điều khiển; - Khi hư hỏng rất khó xác định các vị trí hư hỏng. 3. Phương án cải tiến Do hệ thống điều khiển cũ không đáp ứng được các yêu cầu mới, phương án thiết kế hệ thống điều khiển mới bao gồm các tính năng vượt trội: - Tính ổn định cao trong điều kiện khí hậu Việt Nam; - Giá thành ở mức thấp, dễ mua sắm trong thị trường khu vực; - Độ chính xác cao, khả năng tương tác với máy vi tính tốt; - Khả năng tương tác với các thiết bị ngoại vi tốt; TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009 11 - Báo lỗi hệ thống cụ thể. - Có khả năng nâng cấp tốt. Trong điều khiển tự động hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển tự động như điều khiển bằng PLC, điều khiển bằng vi mạch v.v, mỗi loại có một tính năng riêng phù hợp với các điều kiện làm việc cụ thể. Đối với hệ thống điều khiển sàn nâng tàu, chúng tôi lựa chọn phương án dùng hệ điều khiển bằng PLC. 4. Thiết kế hệ thống điều khiển mới bằng PLC và máy tính 4.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 4.2. Thiết bị điều khiển - Điều khiển hệ thống bằng PLC, lựa chọn PLC S7-300 của hãng Siemens nhờ các tính năng tương tác rất tốt với máy vi tính, tính ổn định cao, g iá thành đảm bảo, nguồn cung cấp dồi dào, điều kiện bảo hành tốt. - Điều khiển chiều cao nâng hạ của sàn nâng: sử dụng các biến trở lắp trực tiếp vào đầu các tang tời, tín hiệu từ biến trở chuyển về PLC tính theo trị số của biến trở để so sánh chiều cao nâng hạ. - Các tiếp điểm hành trình không chế chiều cao nâng lớn nhất được đấu nối trực tiếp vào PLC. - Hệ thống cóc hãm và các tiếp điểm khống chế cóc hãm được đấu nối trực tiếp vào PLC. - Máy vi tính: kết nối với PLC qua cổng USB 2.0 thực hiện các thao tác chính điều khiển sàn nâng thông qua phần mềm mô phỏng trực quan. Máy vi tính PLC Tủ điện động lực Cụm động cơ điện 3 pha không đồng bộ Hệ thống cóc hãm, phanh Thiết bị ngoại vi Các tiếp điểm hành trình TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009 12 4.3. Phần mềm SLS 1.0 Phần mềm SLS 1.0 được viết trên nền của Protool pro CS V6.0 SP2, là công cụ tương tác với PLC S7 -300, có chức năng điều khiển và mô phỏng các quá trình hoạt động của sàn nâng. Bao gồm: Hình 2. Màn hình phần mềm điều khiển sàn nâng. - Điều khiển cân bằng sàn. - Điều khiển nâng sàn không theo khoảng hành trình. - Điều khiển nâng sàn theo hành trình đặt trước. Tính bằng mm. - Điều khiển hạ sàn không theo khoảng hành trình. - Điều khiển hạ sàn theo hành trình đặt trước. Tính bằng mm. - Điều khiển từng bộ tời bằng ấn nút điều khiển. Màn hình điều khiển bao gồm các nhóm chức năng: - Các nút lệnh điều khiển ở phía trên màn hình. - Vị trí trực quan của sàn nâng và tàu trên sàn ở vị trí giữa màn hình. Quá trình nâng hạ được hiển thị trực quan và bằng các thông số trên màn hình. - Các cụm tời được bố trí hiển thị ở hai bên màn hình, hình dáng mô tả bằng các động cơ điện. Trên mỗi ụ tời có hiển thị thông số dòng động lực của động cơ điện. 4.4. Mô hình sàn nâng Để bảo đảm quá trình điều khiển của phần mềm SLS 1.0, chúng tôi đã thiết kế mô hình sàn nâng tàu 1000T và điều khiển sàn nâng bằng phần mềm này. Mô hình sàn nâng: Mô hình sàn nâng được thiết kế cho tàu 1000T gồm 10 ụ tời điều khiển bằng động cơ điện 1 chiều 24V. Hệ thống dầm sàn được thiết kế bằng nhôm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009 13 tương ứng với thiết kế thật của sàn nâng 1000T thu nhỏ theo tỷ lệ 1: 75.000. Hệ thống điều khiển bằng PLC được lập trình theo mô hình. Phần mềm SLS 1.0 dùng cho mô hình được hiệu chỉnh cho phù hợp với các động cơ điện 1 chiều 24V và các cụm biến trở phản hồi tín hiệu quay của tang cáp. Hình 3. Mô hình sàn nâng và hệ thống điều khiển sàn nâng bằng máy tính. 4.5. Kết quả đạt được Quá trình thiết kế mô hình và phần mềm mô phỏng hoạt động của sàn nâng đã được thực hiện và chạy thử nghiệm trên mô hình. Qua đó cho thấy hệ thống đã đạt được các mục tiêu : - Tổng hợp được các chức năng điều khiển sàn nâng trong bộ PLC S7-300, bộ điều khiển này hoàn toàn có khả năng thay thế cho hệ thống điều khiển bằng rơ le cũ. - Bổ sung tính năng mới: cho phép di chuyển sàn theo kích thước cho trước. - Kết nối được hệ thống điều khiển của PLC với máy vi tính, các chế độ hoạt động được điều khiển và mô phỏng trực quan trên máy vi tính, cho phép kiểm soát lỗi sự cố của hệ thống điều khiển, giúp cho người vận hành thao tác đơn giản, chính xác hơn. - Rút ngắn thời gia kiểm tra trước khi vận hành và giảm bớt nhân lực tham gia điều khiển sàn nâng. 5. Kết luận - Nghiên cứu thành công hệ thống điều khiển sàn nâng, sử dụng hệ điều khiển PLC S7-300 của hãng Siemens. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009 14 - Nghiên cứu lập trình điều khiển hệ thống sàn nâng. Đã lập được phần mềm SLS1 1.0. - Thiết kế chế tạo mô hình kiểm nghiệm hệ thống điều khiển. Đã chạy nghiệm thu đảm bảo các thông số kỹ thuật và các tính năng điều khiển đối với mô hình. Với các kết quả đạt được, hệ thống điều khiển sàn nâng sử dụng bộ PLC 57.300 hoàn toàn có thể ứng dụng vào thực tế, cải tiến hệ thống điều khiển cũ hoặc ứng dụng cho các sản phẩm mới, góp phần từng bước hiện đại hóa ngành công nghiệp của Quân đội, đáp ứng nhiệm vụ trước mắt trong tình hình mới. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Giáp, Nguyễn Ngọc Huệ, Bạch Dương, Công trình thủy công trong nhà máy đóng tàu. Nhà xuất bản xây dựng, 2007. [2] Trần Thu Hà, Giao diện người và máy HMI - Tự động hoá trong công nghiệp Với S7 Và Protool, Nhà xuất bản Hồng Đức, 2008. [3] Nguyễn Doãn Phước, Nguyễn Xuân Minh, Vũ Vân Hà, Tự động hóa với S7-300. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2006. [4] L.A Bryan, A. E Bryan, Programmable controlers – Theory and implementation. An Industrial Text Company Publication, 1997. . Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Huỳnh Nam Đông Nhà máy X50 TCCNQP TÓM TẮT Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển sàn nâng tàu tại nhà máy X50. Việc cải tiến hệ thống. với hệ thống điều khiển sàn nâng tàu, chúng tôi lựa chọn phương án dùng hệ điều khiển bằng PLC. 4. Thiết kế hệ thống điều khiển mới bằng PLC và máy tính 4.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển. nâng tàu. 1. Cọc betông; 2. Sàn nâng; 3. Các ụ tời; 4. Tàu trên sàn. 2. Hệ thống điều khiển cũ và các vấn đề tồn tại Sàn nâng tàu tại nhà máy X50 có hệ thống điều khiển bằng tổ hợp các cụm rơ