thiết kế dây chuyền sản xuất bê tông xi măng

1.1.2 Một số cấp phối bê tông xi măng thông thường Bảng 1.1: Định mức cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PC40 1.2 Tổng quan về Trạm trộn bê tông 1.2.1 Khái niệm và chức năng của Trạm trộn

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BÊ TÔNG XI MĂNG

1.1 Tổng quan về xi măng và bê tông

1.1.1 Khái niệm Hồ xi măng và Bê tông

- Xi măng là chất kết dính thủy lực được tào thành bằng cách nghiền mịn Clinke,thạch cao thiên nhiên và phụ gia

- Khi Xi măng tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành 1dạng hồ gọi là Hồ xi măng Sau đó Hồ xi măng này sẽ qua quá trình ninh kết và hóacứng để tạo dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định Vì tính kết dính của Xi măng khitác dụng với nước nên nó có 1 công dụng rất quan trọng là dùng để sản xuất Bê tông

- Vậy Bê tông là sản phẩm của quá trình ninh kết Hồ xi măng trộn với 1 số cốt liệunhư đá, cát, phụ gia mà tạo thành Trong đó cát và đá chiếm 80% - 85%, xi măngchiếm 8% - 15%, còn lại là khối lượng của nước Phụ gia được thêm vào hỗn hợp bêtông nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hỗn hợp bê tông xi măng

1.1.2 Một số cấp phối bê tông xi măng thông thường

Bảng 1.1: Định mức cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PC40

1.2 Tổng quan về Trạm trộn bê tông

1.2.1 Khái niệm và chức năng của Trạm trộn bê tông

- Trạm trộn bê tông là 1 hệ thống máy móc thiết bị có mức độ tự động hóa cao đểtrộn bê tông và được sử dụng ở các nhà máy sản xuất bê tông hay trong các côngtrường xây dựng

1.2.2 Cấu tạo chung của Trạm trộn bê tông

- Một trạm trộn bê tông có 4 bộ phận chính:

+ Bãi chứa các vật liệu; dụng cụ chứa nước và phụ gia

+ Hệ thống định lượng

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng

+ Hệ thống máy trộn bê tông

+ Hệ thống cung cấp điện và điều khiển

1.2.2.1 Bãi chứa cốt liệu; dụng cụ chứa nước và phụ gia

Bãi chứa cốt liệu là 1 khu vực đất trống dùng để chứa cốt liệu như: Đá, cát thànhtừng đống riêng biệt sau đó được máy xúc gầu lật đổ vào boongke, thiết bị định lượng;

xi măng được chứa trong xi lô; nước và phụ gia được chứa trong các thùng hoặc tẹc

a Cấp cốt liệu

- Cấp cốt liệu kiểu boongke - băng tải được dùng phổ biến hiện nay

- Cốt liệu (cát, đá) được tập kết ngoài bãi sau đó được máy xúc gầu lật đổ vàoboongke, thiết bị định lượng Sau khi được định lượng đúng yêu cầu thì băng tải vậnchuyển đổ vào thùng trộn

- Ưu điểm:

+ Cấp liệu cho máy trộn được liên tục

+ Vật liệu ở bãi chứa không cần phải vun cao và không cần phải có tấm phâncách vật liệu

- Nhược điểm:

+ Việc cấp liệu cho boongke phải có thiết bị chuyện dùng

+ Khoảng cách giữa boongke và thùng trộn tương đối lớn dẫn đến khả năng tiếpxúc của vật liệu với môi trường nhiều, sẽ gây ô nhiễm môi trường nếu không được che chắn kỹ

b Cụm cấp xi măng

- Cụm cấp xi măng dùng vít tải xiên được dùng phổ biến.

- Xi măng rời từ xe téc được vận chuyển bằng khí nén vào xilô sau đó được víttải vận chuyển đổ vào thiết bị định lượng trước khi vào thùng trộn

- Ưu điểm:

+ Không gây ô nhiểm môi trường

+ Tiết kiệm được chi phí vận chuyển do nạp xi măng với khối lượng lớn

- Nhược điểm:

+ Khi cần nạp liệu với khối lượng nhỏ không thuận lợi

+ Kết cấu phức tạp, giá thành đắt

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng

c Cấp nước và phụ gia

- Nước và phụ gia được chứa trong các thùng hoặc tẹc được máy bơm bơm lênthiết bị định thể tích và xả xuống buồng trộn

1.2.2.2 Hệ thống định lượng

a Thiết bị định lượng kiểu thể tích: Thường dùng để định lượng nước và phụ gia

- Nước và phụ gia được bơm lên xả vào trong thùng chứa có cảm biến thể tíchphù hợp với lượng đặt, sau đó van thùng chứa phụ gia và van thùng chứa nước mở chophụ gia và nước vào thùng trộn

- Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, giá thành thấp

- Nhược điểm: Định lượng thành phần cốt liệu thiếu chính xác dẫn đến chấtlượng bê tông không được đảm bảo

b Thiết bị định lượng kiểu khối lượng: Thường dùng định lượng cát, đá, xi măng

- Phương pháp này có sự kết hợp giữa cơ và điện nên độ chính xác cao

- Vật liệu được xả vào bàn cân, trên bàn cân có gắn thiết bị cảm biến, tín hiệunhận từ cảm biến được xử lý bởi máy tính sau đó kết quả được hiển thị trên bộ chỉ thị

- Ở đây cát đá được định lượng độc lập

- Ưu điểm: Định lượng vật liệu có độ chính xác cao; có thể cộng dồn nhiều loại vật liệu trong một mẻ

- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, giá thành cao

1.2.2.3 Hệ thống máy trộn

- Hệ thống máy trộn bê tông gồm hệ thống liên kết và thùng trộn

- Hệ thống liên kết gồm băng tải để đưa cốt liệu vào thùng trộn, máy bơm nước,máy bơm phụ gia, vít xiên vận chuyển xi măng, thùng trộn bê tông, hệ thống động cơ

và khí nén

1.2.2.4 Hệ thống cung cấp điện và điều khiển

Do Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có công suất lớn nên cần có 1 hệthống cung cấp điện phù hợp cho các động cơ cũng như các thiết bị khác cho trạm trộnđó

a Hệ thống điều khiển kiểu truyền động điện

Chủ yếu dùng để điều chỉnh tốc độ, đóng mở các động cơ điện

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng

b Hệ thống điều khiển kiểu thủy lực

- Chủ yếu dùng để đóng mở cơ cấu chấp hành như cửa xả thùng trộn, băng tải

- Việc đóng mở cơ cấu chấp hành nhờ áp lực của dòng chất lỏng

- Ưu điểm:

+ Có khả năng truyền lực lớn và đi xa

+ Truyền động êm dịu

+ Lực tác động lớn nên khắc phục được hiện tượng kẹt vật liệu tại cửa xả

+ Tuổi thọ của hệ thống cao do được bôi trơn tốt

- Nhược điểm:

+ Các bộ phận của thiết bị thường đắt tiền

1.3 Nguyên lý hoạt động chung của Trạm trộn bê tông

Lần lượt từng loại cốt liệu được Máy xúc lật xúc và vận chuyển đưa lên đầy cácthùng phểu riêng lẻ, sau đó được xả xuống cân điện tử có gắn các cảm biến trọnglượng để định lượng đủ khối lượng đặt, sau đó xả xuống các băng tải và vận chuyểnlên thùng trộn Các phểu được đóng mở bằng các xi lanh khí nén riêng biệt

Xi măng được đưa lên xi lô bằng bơm gắn trên xe chở xi măng chuyên dụng Ximăng được kết nối với hệ thống máy trộn thông qua 1 vít xiên, và 1 cân trọng lượngtrước khi mở van xả vào thùng trộn

Nước và phụ gia được chứa trong các thùng hoặc tẹc nước, được các máy bơmbơm lên các thùng có vạch đo thể tích có gắn cảm biến định thể tích Thể tích nước vàphụ gia được bơm lên đủ thể tích đặt Khi quá trình trộn khô kết thúc thì van xả phụgia và nước vào thùng trộn để bắt đầu quá trình trộn ướt

Các cốt liệu và xi măng được trộn khô đều sau 1 thời gian đặt t1 rồi mới cho nước

và phụ gia vào trộn ướt thêm 1 thời gian đặt t2 Khi quá trình trộn hoàn thành thì của

xả ở đáy thùng trộn mở xả vào xe chuyên chở vữa bê tông đã chờ sẵn Quá trình lặp lạicho đến khi xe chở đủ khối lượng đặt thì báo hiệu bằng đèn cho xe chở hổn hợp bêtông đến các công trình xây dựng

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng

1.4 Hình ảnh tổng quan về trạm trộn bê tông xi măng thiết kế.

Chương 2: Sơ đồ công nghệ và quy trình vận hành trạm trộn BTXM

CHƯƠNG 2

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH VẬN HÀNH

TRẠM TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG 2.1 Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông xi măng

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ trạm trộn

Mô tả các thiết bị có trong sơ đồ công nghệ:

START: Nút ấn khởi động hệ thống

STOP: Nút ấn dừng hệ thống

CB1T: Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong thùng cân đá

CB1C: Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong thùng cân đá

CB2T: Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong thùng cân cát

CB2C: Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong thùng cân cát

CB3T: Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong thùng cân xi măng

CB3C: Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong thùng cân xi măng

CB4: Cảm biến ứng với mức thấp trong thùng đo phụ gia

Chương 2: Sơ đồ công nghệ và quy trình vận hành trạm trộn BTXM

CB5: Cảm biến ứng với mức cao trong thùng đo phụ gia

CB6: Cảm biến ứng với mức thấp trong thùng đo nước

CB7: Cảm biến ứng với mức cao trong thùng đo nước

CB8: Cảm biến mức thấp trong thùng trộn

CB9: Cảm biến có/không có xe chuyên chở BTXM ở vị trí nhận BTXM

D1: Đèn tín hiệu báo Trạm trộn BTXM bắt đầu làm việc

D2: Đèn tín hiệu báo có xe chở BTXM tại vị trí nhận BTXM

V1: Van xả đá từ phểu đá vào Cân 1

V2: Van xả cát từ phểu cát vào Cân 2

V3: Van xả đá Cân 1 lên băng tải BT

V4: Van xả cát từ Cân 2 lên băng tải BT

V5: Van xả xi măng từ cân 3 vào vào thùng trộn

V6: Van xả phụ gia từ bình đo phụ gia vào thùng trộn

V7: Van xả nước từ thùng đo nước vào thùng trộn

V8: Van xả bê tông thành phẩm vào xe vận chuyển BTXM

M1: Mô tơ dùng để quay ruột gà khi đưa xi măng vào thùng cân

M2: Mô tơ kéo băng tải vận chuyển cát, đá từ băng tải vào thùng trộn

M3: Mô tơ quay cánh trộn bê tông

B1: Máy bơm phụ gia

B2: Máy bơm nước

2.2 Quy trình công nghệ trạm trộn bê tông xi măng

→ (1) Ấn nút khởi động Start => đèn tín hiệu D1 sáng ( đèn báo trạm trộn BTXMbắt đầu làm việc)

→ (2) CB9 tác động ( có xe chở BTXM tại vị trí nhận BTXM) => đèn tín hiệu D2sáng

→ (3) Mở các van V1, V2, khởi động mô tơ M1, bơm phụ gia B1, bơm nước B2

Chương 2: Sơ đồ công nghệ và quy trình vận hành trạm trộn BTXM

→ (7) CB1C, CB2C, CB3C ngừng tác động

→ (8) Khi CB1T ngừng tác động => khóa V3; khi CB2T ngừng tác động =>khóa V4; khi CB3T ngừng tác động => khóa V5; Băng tải quay thêm 5s nữa thì tựđộng dừng => M2 dừng lại

→ (9) Bắt đầu đếm thời gian quá trình trộn khô 30s

→ (10) Khi quá trình trộn khô kết thúc => mở V6, V7

→ (11) Lúc này CB5, CB7 ngừng tác động

→ (12) Khi CB4 ngừng tác động => khóa V6; CB6 ngừng tác động => khóa V7

→ (13) Bắt đầu đếm thời gian quá trình trộn ướt 30s

→ (14) Quá trình trộn ướt kết thúc thì mở van V8 => lúc này CB8 ngừng tácđộng

→ (15) Khi xả hết Bê tông trong thùng trộn => CB8 tác động => khóa van V8

và dừng động cơ M3

→ (16) Tự động lặp lại các bước từ (2) đến (15) thêm 4 lần nữa theo số lần đặt

→ (17) Sau khi trộn và xả đủ số lần đặt thì đèn tín hiệu D2 tắt (báo hoàn thành số

mẻ trộn BTXM đã đặt để tài xế cho xe chạy) và đèn tín hiệu D1 tắt

→ (18) Hệ thống tự động dừng

Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành

CHƯƠNG 3:

TÓM LƯỢC VỀ PLC S7-200, CẢM BIẾN, CÁC THIẾT BỊ CHẤP HÀNH VÀ CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH TRONG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG 3.1 Tóm lược về PLC S7-200

3.1.1 Cấu trúc phần cứng PLC

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens Cấu trúcnhỏ gọn có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh mạnh PLC S7-200 có cấu trúctheo kiểu modul và có các modul mở rộng Một modul chính bao gồm:

3.1.1.1 Khối xử lý trung tâm.

CPU-210, CPU-212, …, CPU-216, CPU-221, CPU-222, CPU-224,…

+ Gồm có các từ đơn (Word) để lưu chương trình, dữ liệu

+ Tiếp nhận các tín hiệu vào xử lý, chạy chương trình và xuất ra kết quả

3.1.1.2 Nguồn nuôi và pin.

+ Nguồn nuôi: Điện áp một chiều 24V, điện áp xoay chiều 220V, 110V, dùng để cungcấp cho bản than CPU và tất cả các modul mở rộng

+ Nguồn pin: Dùng để hỗ trợ trong việc lưu giữ tất cả các dữ liệu có trong bộ nhớ

3.1.1.3 Cổng truyền thông.

PLC s7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân đểphục vụ cho việc ghép nối với các thiết bị lập trình khác hoặc với các trạm PLC khác

- Truyền thông với Simatic S7-200:

Để ghép nối với máy tính lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình họ PG7xx,

có thể sử dụng cáp nối thẳng qua MPI Cáp đó đi kèm theo máy lập trình

- Modul vào: Với chức năng chuẩn bị các tín hiệu bên ngoài để chuyên vào panel,

nó còn là tầng đệm đầu vào Modul vào có các đầu vào số (DI) và tương tự (AI)

- Modul ra: Có cấu tạo tương tự modul vào, nó gửi các kết quả CPU qua tầng đệmđến các thiết bị đầu ra Modul ra cũng có các đầu ra số (DO) và tương tự (AO)

Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành

3.1.2.1 Cấu trúc chương trình của S7-200

Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm sau: + Step 7 – Micro/DOS

+ Step 7 – Micro/WIN

3.1.2.2 Ngôn ngữ lập trình của S7-200

Cách lập trình cho S7-200 chủ yếu dựa trên hai phương pháp cơ bản:

+ Phương pháp liệt kê lệnh: Statement List – viết tắt là STL

+ Phương pháp hình thang: ladder logicn – viết tắt là LAD

Ngoài ra có thêm phương pháp khối hàm: Function Block Diagram – viết tắt làFBD

3.1.2.3 Bảng lệnh của S7-200

Hệ lệnh của S7-200 được chia thành 3 nhóm được chỉ ra ở bảng 3.1, 3.2, 3.3

Bảng 3.1: Các lệnh của S7-200 được thực hiện vô điều kiện

= n Giá trị của bit đầu tiên được sao chép sang điểm n chỉ dẫn lệnh

A n Giá trị đầu tiên của ngăn xếp được thực hiện bằng phép tính AND

với điểm n chỉ dẫn trong lệnh Kết quả được ghi lại vào bit đầutiên của ngăn xếp

AN n Thực hiện lệnh AND giữa giá trị đầu tiên của bit đầu tiên trong

ngăn xếp với giá trị nghịch đảo của điểm n trong chỉ dẫn Kết quảđược ghi vào bit đầu tiên của ngăn xếp

AB<= n1, n2 Thực hiện lệnh AND giữa giá trị đầu tiên của bit đầu tiên trong

ngăn xếp với giá trị 1 nếu giá trị của byte n1 không lớn hơn giá trịcủa byte n2 kết quả đươc ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp.AD= = n1, n2 Thực hiện lệnh AND giữa giá trị đầu tiên của bit đầu tiên trong

ngăn xếp với giá trị 1 nếu nội dung của hai từ kép n1 và n2 thỏa

Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành

mãn n1=n2 kết quả đươc ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp.AR<= n1, n2 Thực hiện lệnh AND giữa giá trị đầu tiên của bit đầu tiên trong

ngăn xếp với giá trị 1 nếu nội dung hai số thực n1 và n2 thỏa mãnn1≤n2 kết quả đươc ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp

Bảng 3.2: Các lệnh của S7-200 được thực hiện có điều kiện

+D IN1, IN2 Thực hiện phép cộng hai số nguyên kiểu từ kép IN1 và IN2 Kết

quả ghi lại vào IN2

+I IN1, IN2 Thực hiện phép trừ hai số nguyên kiểu từ kép IN1 và IN2 Kết quả

ghi lại vào IN2

+R IN1, IN2 Thực hiện phép cộng hai số thực (32 bit) kiểu từ kép IN1 và IN2

Kết quả ghi lại vào IN2

+ANDD IN1, IN2 Thực hiện phép logic AND giữa các giá trị kiểu IN1 và IN2 Kết

quả ghi lại vào IN2

CALL n (6) (1) Gọi chương trình con được đánh nhãn tên n

CRET (3) (1) (4) Kết thúc một chương trình con và trả điều khiển về chương trình

đã gọi nó

CRETI (3) (2) (4) Kết thúc một chương trình xử lý ngắt và trả điều khiển về chương

trình chính

FILL IN,OUT,N Đổ giá trị của tủ IN vào một mảng nhớ gồm N từ (N có kiểu byte)

bắt đầu vị trí OUT (kiểu từ)

MOVB IN,OUT Sao giá trị byte IN sang byte OUT

MOVD IN,OUT Sao giá trị của từ kép IN sang từ kép OUT

S S_BIT.n Đặt giá trị logic 1 vào một mảng n bit kể từ địa chỉ S_BIT

SLD IN,n Dịch từ kép IN sang trái n bit

SLW IN,n Dịch từ IN sang trái n bit

SQRT IN,OUT(5) Lấy căn bậc hai của một số thực 32 bit IN và ghi kết quả vào OUT

(32 bit)SRW IN,n Dịch từ kép IN sang phải n bit

Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành

TON Txx,PT Khởi động bộ phát thời gian trể Txx với thời gian trể đặt trươc là

tích của PT (kiểu từ) và bộ phận giải của bộ thời gian Txx đượcchọn

Bảng 3.3: Các lệnh đặt nhãn tên

INT n(1) (2) (4) Khai báo nhãn tên cho chương trình xử lý ngắt

LBL xx Đặt nhãn tên xx trong chương trình, định hướng cho lệnh nhay

I = IntegerLDD = n5, n6 Tiếp điểm đóng khi n5=n6

D=DoubleLRD ≥ n7, n8 Tiếp điểm đóng khi n7 ≥ n8

R = Real

- Các lệnh Timer:

+ Timer tạo thời gian trể không có nhớ On-Delay Timer), ký hiệu là TON

+ Timer tạo thời gian trể có nhớ (Retentive On – Delay Timer), TONR

Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành

Lệnh Độ phân giải Giá trị cực đại CPU212 CPU214

- Các lệnh điều khiển counter:

Counter là bộ đếm hiện chức năng đếm sườn xung trong PLC S7-200 Các bộ đếmtrong S7-200 được chia làm hai loại: Bộ đếm tiến CTU và bộ đếm tiến/lùi CTUD

3.2 Giới thiệu về cảm biến

3.2.1 Loadcell đo khối lượng

Trong công nghiệp cũng như đời sống thì loadcell được ứng dụng rất rộng từnhững cân điện tử dùng gia dụng đến những cân dùng cân trọng lượng ô tô hay là cân

nguyên liệu đầu vào và thành phẩm ra ở nhiều nhà máy Trong trạm trộn Loadcell

được ứng dụng để đo khối lượng xi măng, đá, cát cho mỗi mẻ trộn Cấu tạo chính của

Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của than loadcell

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của LoadcellMột điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell giữa hai góc (1) và (4)của cầu điện trở Wheatstone và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc (2) và (3) Tạitrạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gầnbằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị Đó là lý do tại sao cầu điện