Đặt vấn đề

Từ những năm đầu của thập kỷ 90 đến nay, Viện máy và dụng cụ công nghiệp (IMI) đã đưa ra các cấu hình trạm trộn bê tông khác nhau với năng suất từ 10 - 100 m3/h với các chỉ tiêu kỹ thuật tốt, đáp ứng được nhu cầu sử dụng của thị trường trong nước. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển của các trạm trộn đó còn phụ thuộc nhiều vào các sản phẩm ngoại nhập như bộ điều khiển quá trình BUCODAT, từ Đức, bộ điều khiển khả trình PLC và các thiết bị hiển thị ngoại nhập như: hệ thống không chỉ phục vụ thị trường trong nước mà có thể vươn ra thị trường thế giới, hệ điều khiển của các hệ thống trạm trộn này đã được xem xét hiện đại hoá. Trên cơ sở đó, tác giả đã nghiên cứu lại các cấu hình cũ của hệ điều khiển trạm trộn nhằm đưa ra một cấu hình mới đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Tối ưu hoá giá thành, song vẫn đạt được yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật

- Hệ điều khiển có tính tiêu chuẩn, làm tiền đề cho sự phát triển về sau

- Đáp ứng các yêu cầu về chất lượng điều chỉnh, hệ điều khiển vòng kín

Phân tích các cấu hình trạm trộn hiện đại

Hiện nay, tuy trên thị trường có nhiều cấu hình trạm trộn khác nhau song chủ yếu vẫn sử dụng là 2 cấu hình trạm sử dụng các bộ điều khiển quá trình là BUCODAT và PLC.

Trạm trộn bê tông sử dụng BUCODAT

Với hai cấu hình trên, mặc dù hệ thống làm việc khá ổn định song chi phí sản xuất lịa cao do phụ thuộc quá nhiều vào các sản phẩm ngoại nhập đặc biệt là bộ điều khiển. Để đáp ứng được các nhu cầu điều khiển đặt ra nhưng sản phẩm vẫn mang tính kinh tế khi sử dụng, tác giả lựa chọn thiết bị điều khiển quá trình là máy công nghiệp vì các lý do sau:

- Tính ổn định của máy công nghiệp

- Tính linh hoạt của máy công nghiệp: Có thể dễ dảng thay đổi luật điều khiển trên cơ sở thay đổi phần mềm điều khiển

- Tính tiêu chuẩn hoá: Có thể tiêu chuẩn hoá được hệ thống trạm trộn trên cơ sở xây dựng hệ thống phần mềm tiêu chuẩn.

Thiết kế hệ điều khiển trên nền tảng máy công nghiệp

Với phân tích đó, tác giả đã đưa ra cấu hình mới cho hệ điều khiển, với máy tính công nghiệp là bộ điều khiển trung tâm như sau:

Với cấu hình như trên, máy tính đóng vai trò một bộ điều khiển có nhiệm vụ đưa ra các thuật toán điều khiển trên cơ sở các tín hiệu thu thập được từ card I/O, card I/O có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ tủ điều khiển về máy tính, đồng thời đưa tín hiệu điều khiển từ máy tính tới tủ điều khiển nhằm điều khiển quá trình. Do sử dụng máy tính công nghiệp, nên việc áp dụng các luật điều khiển hiện đại như luật điều khiển mờ, luật điều khiển thích nghi được tận dụng triệt để nhằm tăng độ chính xác và đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng của hệ thống. Như đã đề cập, để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra thiết kế của phần mềm quản lý máy tính chủ phải thoả mãn các tiêu chí sau:

- Thiết kế mang tính mở: Thiết kế mới phải là nền tảng cho các thiết kế sau này nhằm đạt được mục tiêu xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn.

- Thiết kế mang tính chất tổng quát hoá: Có thể áp dụng cho mọi cấu hình trạm trộn, và mọi card giao tiếp có sẵn mà phải đáp ứng được mọi yêu cầu công nghệ.

- Thiết kế đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế: Cho phép tích hợp các điều luật điều khiển hiện đại nhằm nâng cao chất lượng điều chỉnh, và tính ổn định của hệ thống, đồng thời giảm giá thành sản xuất.

Thiết kế và xây dựng phần mềm tổng quát

Từ các yêu cầu đặt ra, mô hình mẫu cho phần mềm tổng quát được xây dựng trên ngôn ngữ C++. Trên cơ sở các lớp cơ sở ảo CBASECARD, CBASECONTROLER, và lớp CBASECONTROLER tương ứng với CPCI 1711CARD, CIOCARD... và CONTROLER1, CONTROLER2... được phân chia thành các MODUL độc lập. Việc phát triển hệ thống dựa trên việc phát triển và hoàn thiện hoá các MODUL này. Hơn nữa cấu trúc như trên rất thuận tiện vcho việc phát triển hệ thống gồm nhiều lập trình viên tham gia, do vậy hệ thống mang tính tổng quát hoá. Bên cạnh đó, người dùng chỉ được can thiệp vào lớp Cinterface, việc cấu hình cho các card hay các trạm cụ thể được thực thi nhờ hai phương thức ConfigCard (CBASECARD *) và ConfigCtrl (CBASECONTROLER*). Nhờ đó mà phần mềm hệ thống mang tính đóng gói.

Áp dụng phần mềm tổng quát cho trạm trộn công suất vừa, sử dụng card giao tiếp PC1711

Card PCI - 1711 là sản phẩm của hãng Advantech. Card PCI -1711tích hợp với bus PCI của máy tính công nghiệp được sử dụng để thu thập dữ liệu. Card PCI - 1711 cung cấp cho người dùng các chức năng điều khiển 16 kênh đầu vào ADC 12 bit, tần số mẫu 100Khz; 16 kênh vào số; 16 kênh ra số; 2 kênh đầu ra DAC, các bộ timer/counter tần số cao.

Như đã đề cập ở phần trên, việc phát triển hệ thống dựa trên cơ sở phát triển các MODUL độc lập. Với cấu hình trạm trộn bằng tải sử dụng card PCI - 1711, các tín hiệu đo lường và điều khiển được tổ chức như sau: 3 kênh đo tín hiệu tương tự từ loadcell tương ứng với đầu đo cân cốt liệu, xi măng, nước; 10 kênh tín hiệu ra số; 11 kênh tín hiệu vào số. Quá trình trộn tự động gồm 4 quá trình độc lập: 3 quá trình định lượng: cốt liệu, xi măng, nước; 1 quá trình điều khiển toàn bộ quá trình. Để thực hiện các quá trình một cách song song và độc lập nhau ta sử dụng phương pháp đa luồng (Multithreading) để kích hoạt các quá trình chạy độc lập nhau.

Kết luận

Toàn bộ hệ thống trạm trộn đã được thiết kế hoàn chỉnh cả phần cứng lẫn phần mềm. Đồng thời, việc áp dụng thiết kế cho hệ thống điều khiển trạm trộn sử dụng card PCI 1711 trên cơ sở áp dụng mô hình tổng quát của thiết kế, được lắp đặt cho chi nhánh công ty đầu tư xây dựng xuất nhập khẩu Việt Nam tại Hải Phòng, hoạt động rất ổn định, đáp ứng được yêu cầu về điều khiển song vẫn tối ưu hoá được giá thành sản xuất và đã chứng minh tính đúng đắn của thiết kế. Thiết kế là tiền đề cho việc tiêu chuẩn hoá hệ thống trạm trộn sử dụng máy tính công nghiệp. Việc phát triển hệ thống dựa trên cơ sở phát triển các Module độc lập và giúp đưa được lý thuyết điều khiển hiện đại nhằm tăng độ chính xác của hệ thống.