Chất lượng và hiệu quả sản xuất bê tông là yếu tố quan trọng đối với hệ thống điều khiển của trạm trộn bê tông. Điều này cũng phản ánh mức độ tự động hóa của toàn bộ thiết bị. Bài viết này chủ yếu giới thiệu thành phần và đặc điểm của bốn phương pháp điều khiển tự động phổ biến kết hợp với phần mềm và phần cứng được sử dụng trong hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông hiện tại, cung cấp nhiều lựa chọn để lựa chọn phương pháp điều khiển trạm trộn.
Hệ thống điều khiển của trạm trộn bê tông ban đầu được điều khiển thủ công bằng rơle theo trình tự. Với việc ứng dụng công nghệ vi điều khiển vào những năm 1970 và 1980, dần dần bước vào kỷ nguyên điều khiển tự động thông minh. Sau những năm 1990, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, hệ thống điều khiển chủ yếu áp dụng điều khiển hoàn toàn tự động bằng máy tính, có những ưu điểm sau: có thể tự động hóa quy trình sản xuất và nâng cao năng suất; Có thể lưu trữ một lượng lớn tỷ lệ để người dùng gọi lên kế hoạch sản xuất thực tế và rất thuận tiện để gọi và sửa đổi tỷ lệ; Có thể điều chỉnh động tỷ lệ trộn dựa trên hàm lượng ẩm của cốt liệu, tự động giảm hàm lượng nước và đảm bảo độ đồng nhất trong độ đồng nhất của bê tông; Có thể tự động bù vật liệu ở mẻ dưới dựa trên lỗi thành phần ở mẻ trên; Có thể mô phỏng và hiển thị trực quan toàn bộ trạng thái quy trình của trạm trộn bê tông, đạt được giám sát thời gian thực, tự động ghi lại và lưu trữ nhiều dữ liệu khác nhau và in bảng để đạt được khả năng kiểm soát tối ưu. Các phương pháp điều khiển cụ thể của hệ thống điều khiển tự động cho trạm trộn bê tông có thể được chia thành các loại sau theo các phương pháp điều khiển khác nhau:
1. Chế độ điều khiển của máy tính công nghiệp + thiết bị cân định lượng:
Trong chế độ điều khiển của máy tính công nghiệp + thiết bị cân định lượng, máy tính công nghiệp chủ yếu chịu trách nhiệm điều phối hoạt động tự động; Bằng cách sử dụng cổng nối tiếp theo giao thức truyền thông của thiết bị, giá trị mục tiêu, động lượng điểm, thời gian cân ổn định và các thông số điều khiển khác của vật liệu được điều khiển được thiết lập và phát ra tín hiệu định lượng. Các vị trí ngưỡng khác nhau được liên kết trực tiếp trong mạch đầu ra của thiết bị định lượng. Sau khi ngắt kết nối với máy tính công nghiệp, hệ thống vẫn là hệ thống điều khiển thiết bị độc lập (có thể thiếu một số chức năng nhất định). Hệ thống điều khiển này yêu cầu thiết bị phải có một số yêu cầu thông minh nhất định. Ngoài các chức năng thu thập và hiển thị trọng lượng cơ bản, nó còn có các chức năng định lượng vật liệu tự động (tích lũy hoặc trừ). Quá trình định lượng của từng vật liệu được hoàn thành bởi thiết bị định lượng riêng của nó. Máy tính công nghiệp chỉ cần xác định vật liệu đang ở giai đoạn định lượng nào, định lượng đã hoàn thành chưa và có vượt quá tín hiệu dung sai hay không. Thuật toán định lượng được củng cố trong thiết bị và chỉ cần điều chỉnh các thông số định lượng tương ứng.
2. Chế độ điều khiển máy tính công nghiệp + bo mạch:
Phương pháp điều khiển máy tính + bo mạch công nghiệp có thể được chia thành hai loại dựa trên các phương pháp thu thập trọng lượng khác nhau:
1) Máy tính công nghiệp + bo mạch + mô-đun cân. Trong phương pháp điều khiển này, các cảm biến cân của mỗi phễu cân vật liệu được kết nối với mô-đun cân và tín hiệu đầu ra của mô-đun cân được kết nối với bo mạch tương tự (A/D) của máy tính điều khiển công nghiệp. Trọng lượng vật liệu được tính toán bằng phần mềm máy tính điều khiển công nghiệp và hiển thị trên giao diện phần mềm máy tính phía trên; Bằng cách sử dụng bo mạch đầu vào/ra kỹ thuật số (I/O) để theo dõi trạng thái bắt đầu và dừng của từng cơ chế trộn, các đầu cuối đầu vào được kết nối với các nút khác nhau và tín hiệu giới hạn trên bảng điều khiển và đầu ra được kết nối với các rơle trung gian để điều khiển cơ chế trộn. Do thực tế là toàn bộ lõi điều khiển trong phương pháp điều khiển này là máy tính công nghiệp nên việc thiết kế phần mềm điều khiển đòi hỏi khả năng chống nhiễu và các yếu tố khác cao. Khi hệ thống máy tính công nghiệp trục trặc, thông tin về trọng lượng không thể hiển thị, dẫn đến toàn bộ hệ thống bị tê liệt và không thể sản xuất.
2) Máy tính công nghiệp + bảng + dụng cụ cân. Trong phương pháp điều khiển này, các cảm biến cân của mỗi phễu cân vật liệu được kết nối với dụng cụ cân và dụng cụ cân tương ứng sẽ hiển thị trọng lượng. Phần mềm điều khiển đọc trọng lượng vật liệu của từng dụng cụ thông qua cổng nối tiếp để tính toán thêm; Bằng cách sử dụng bảng đầu vào/ra kỹ thuật số (I/O) để theo dõi trạng thái bắt đầu và dừng của từng cơ chế trộn, các đầu cuối đầu vào được kết nối với các nút khác nhau và tín hiệu giới hạn trên bảng điều khiển và đầu ra được kết nối với các rơle trung gian để điều khiển cơ chế trộn. Phương pháp điều khiển này có thể chuyển sang sản xuất hoàn toàn thủ công khi máy tính công nghiệp trục trặc, nhưng nhược điểm là các bảng đầu vào và đầu ra (I/O) giới hạn các loại vật liệu và không phù hợp để mở rộng.
Chế độ điều khiển của máy tính công nghiệp + PLC + thiết bị cân:
Phương pháp điều khiển máy tính công nghiệp + PLC + thiết bị cân có thể được chia thành các giải pháp mềm và thiên về PLC dựa trên việc trung tâm điều khiển nằm trong máy tính công nghiệp hay PLC:
3.1. Giải pháp hướng phần mềm.
Logic điều khiển được hoàn thiện bởi phần mềm máy tính phía trên của máy tính điều khiển công nghiệp. Thiết bị đầu cuối đầu vào PLC được kết nối với nhiều giới hạn và nút khác nhau, đồng thời duy trì liên lạc với máy tính điều khiển công nghiệp, cho phần mềm biết vật liệu và trạng thái của nó là gì. Máy tính điều khiển công nghiệp đọc trực tiếp các giá trị thời gian thực của từng cân vật liệu thông qua cổng nối tiếp, gửi tín hiệu đo lường, khởi động, chạy, dừng... So với phương pháp điều khiển đầu tiên, phần mềm cần mô phỏng các thiết bị để đạt được nhiều chức năng như đọc cân, trộn (không chỉ cộng và trừ), liên lạc, phân tích thống kê dữ liệu, lưu trữ và in ấn. Thuật toán nào được sử dụng để triển khai quy trình thành phần và triển khai như thế nào? Đây có phải là một triển khai hiệu quả và đáng tin cậy không? Tất cả những điều này đều có yêu cầu cao đối với người viết phần mềm. Tuy nhiên, những ưu điểm của phương pháp điều khiển này là rõ ràng. Dựa trên những lợi thế phần cứng mạnh mẽ của máy tính điều khiển công nghiệp, các thiết bị cân và PLC có thể bị đánh bại nhanh chóng. Bất kể nhu cầu lớn đến đâu, vấn đề cuối cùng có thể là đạt được tối ưu hóa thuật toán theo cách đáng tin cậy nhất.
3.2. Giải pháp PLC một phần.
PLC sinh ra để điều khiển công nghiệp và có độ tin cậy cao. Thiết bị cân được kết nối với cảm biến để thu thập giá trị cân và cũng được kết nối với PLC để điều khiển tự động. PLC điều khiển các hành động của các cơ chế thực thi khác nhau và máy tính phía trên thu thập thông tin vận hành từ PLC để hoàn thành các chức năng giám sát sản xuất và quản lý dữ liệu. Có nhiều cách để triển khai máy tính phía trên ở đây, có thể dựa trên ngôn ngữ lập trình Windows hoặc có thể được phát triển dựa trên PLC và phần mềm cấu hình đã chọn. Tuy nhiên, hầu hết các PLC không có chức năng hiển thị và không thể giám sát quá trình vận hành nếu không có máy tính công nghiệp.
Phương pháp điều khiển 4 máy tính công nghiệp và mô-đun I/O từ xa:
So với phương pháp điều khiển trước, phương pháp điều khiển này phân bổ "quyền điều khiển" cho nhiều mô-đun I/O khác nhau nằm trong "trường". Các mô-đun I/O có thể lập trình được và các chương trình bên trong cũng xác định các tình huống mà mô-đun I/O có thể quyết định cách xử lý, các vấn đề nào cần được "báo cáo" cho máy tính điều khiển công nghiệp chính để "trên" có ý kiến xử lý. Các mô-đun I/O được đặt trực tiếp tại mỗi vị trí điều khiển, thu thập thông tin chính xác và ít bị nhiễu hơn. Ngoài việc có phần cứng I/O có độ tin cậy cao, công nghệ truyền thông cũng là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hệ thống. Có thể chọn chế độ Ethernet (EtherNet) và mỗi trạm thu thập tại chỗ chỉ cần kết nối với một hub (HUB) bằng cáp xoắn đôi để giao tiếp với máy chủ từ xa thông qua mạng. Phương pháp này phù hợp với các hệ thống điều khiển trong phạm vi 180 mét. Tín hiệu điện cũng có thể được chuyển đổi thành tín hiệu quang thông qua bộ chuyển đổi quang điện và truyền ra ngoài thông qua sợi quang. Một bộ chuyển đổi quang điện cũng có thể được lắp đặt ở đầu kia để phân tích tín hiệu quang thành tín hiệu điện, với khoảng cách truyền thông lên tới 40 km. Phương pháp điều khiển này đặc biệt phù hợp ở những khu vực sản xuất có không gian rộng lớn, vì giao tiếp giữa các điểm tiếp xúc khác nhau chỉ cần cáp xoắn đôi có vỏ bọc (sợi quang), giúp giảm đáng kể cường độ và chi phí đi dây.
Bốn hình thức điều khiển trên khác nhau về chi phí và lợi thế triển khai, và giải pháp tốt nhất có thể được xác định dựa trên các nhu cầu nhấn mạnh khác nhau. Tác giả tin rằng phương pháp điều khiển của máy tính công nghiệp + PLC + cấu trúc dụng cụ cân là phù hợp nhất cho các nhà máy trộn bê tông. Do môi trường công nghiệp khắc nghiệt, máy tính công nghiệp có khả năng chống động đất, chống bụi và chịu áp suất tốt, trong khi điều khiển PLC có ưu điểm là độ tin cậy cao, chức năng hoàn chỉnh và lập trình đơn giản. Các nhà sản xuất PLC cũng chú ý nhiều hơn đến việc triển khai các giao diện mạng, dễ vận hành và quản lý khi phối hợp với máy tính công nghiệp. Khi máy tính công nghiệp trục trặc, PLC + dụng cụ cân cũng có thể được sử dụng tạm thời để sản xuất bán thủ công.
