Đồ án Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển trạm trộn bê tông xi măng sử dụng PLC S7 1200

Đồ án tốt nghiệp: đề tài: thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm trộn bê tông xi măng sử dụng PLC S7 1200.đồ án này bọn mình đã bảo vệ và được 9.710 nhé. Chi tiết liên hệ mail toankupidgmail.com

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC HÌNH ẢNH 9

Lời mở đầu 12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG 13

1.1 Khái niệm 13

1.2 Khái niệm về mác bê tông 13

1.3 Phân loại bê tông 13

1.3.1 Theo cường độ 13

1.3.2 Theo loại chất kết dính 14

1.3.3 Theo cốt liệu 14

1.3.4 Theo khối lượng thể tích 14

1.3.5 Theo phạm vi sử dụng 14

1.4 Các thành phần cốt liệu 15

1.4.1 Xi măng 15

1.4.2 Cát 15

1.4.3 Đá dăm 15

1.4.4 Nước 15

1.4.5 Các chất phụ gia 15

1.5 Tính chất đặc thù của bê tông 15

1.5.1 Cường độ của bê tông 15

1.5.2 Tính giãn nở 17

1.5.3 Tính chống thấm 17

1.6 Quá trình đông cứng của bê tông và biện pháp bảo quản 17

2.2 Trạm trộn bê tông xi măng 19

2.2.1 Giới thiệu 19

2.2.2 Phân loại 19

2.2.3 Cấu tạo chung của trạm trộn bê tông xi măng 19

2.2.4 Nguyên lý hoạt động 23

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13 24

3.1 Khái quát chung về PLC 24

3.1.1 Lịch sử hình thành 24

3.1.2 Các loại PLC thông dụng 24

3.1.3 Ngôn ngữ lập trình 25

3.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC 25

3.1.5 Ứng dụng PLC 27

3.2 PLC – S7 1200 27

3.2.1 Cấu trúc 27

3.2.2 Phân vùng bộ nhớ 29

3.2.3 Tập lệnh S7 – 1200 30

3.2.4 Sơ đồ đấu dây 32

3.3 Phần mềm Tia – Portal v13 33

3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic 33

3.3.2 Các bước tạo một project 34

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY 37

4.1 Đặt vấn đề 37

4.2 Hướng giải quyết 37

4.3 Tính toán thiết kế mạch lực 37

4.3.1 Mạch lực động cơ dẫn động buồng trộn 37

4.3.2 Mạch lực động cơ kéo băng tải 38

4.3.3 Mạch lực động cơ bơm nước 39

4.3.4 Mạch lực động cơ vít tải xi măng 39

4.3.5 Mạch lực động cơ máy nén khí 40

4.3.6 Tính chọn aptomat tổng 40

4.3.7 Tính chọn bộ khởi động mềm 41

4.4 Tính toán thiết kế mạch điều khiển 42

4.4.1 Mạch điều khiển động cơ dẫn động buồng trộn 42

4.4.2 Mạch điều khiển động cơ kéo băng tải 42

4.4.3 Mạch điều khiển động cơ bơm nước 42

4.4.4 Mạch điều khiển động cơ vít tải xi măng 42

4.4.5 Mạch điều khiển động cơ máy nén khí 43

4.4.6 Tính chọn rơ le trung gian 43

4.5 Sơ đồ mạch động lực 44

4.6 Sơ đồ mạch điều khiển 46

4.7 Sơ đồ đấu dây 48

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 49

5.1 Xây dựng thuật toán điều khiển 51

5.1.1 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ tự động 51

5.1.2 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ bằng tay 52

5.1.3 Sơ đồ khối cân đá 52

5.1.4 Sơ đồ khối cân cát 53

5.1.5 Sơ đồ khối cân nước 53

5.1.7 Sơ đồ khối cân phụ gia 54

5.1.8 Sơ đồ khối hoạt động của băng tải 55

5.1.9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn 56

5.1.10 Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông 57

5.2 Lập trình điều khiển cho PLC S7 – 1200 57

5.2.1 Xác định đầu vào/ra 57

5.2.2 Cấu hình phần cứng thiết bị 62

5.2.3 Giới thiệu khối hàm FC 64

5.2.4 Lập trình PLC – S7 1200 64

5.2.5 Các FC mô phỏng và cảnh báo 86

5.3 Thiết kế giao diện điều khiển 96

5.3.1 Cấu hình thiết bị 96

5.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển màn hình chính 97

5.3.3 Thiết kế giao diện màn hình điều khiển ở chế độ tự động 97

5.3.4 Thiết kế giao diện màn hình điều khiển ở chế độ bằng tay 98

5.3.5 Thiết kế giao diện các màn hình cảnh báo 98

CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 102

6.1 Download chương trình xuống PLC SIM 102

6.2 Màn hình chính 105

6.3 Chế độ tự động 106

6.3.1 Khu vực điều khiển 106

6.3.2 Khu vực mô phỏng quá trình 108

6.3.3 Khu vực thông báo, cảnh báo nếu có lỗi xảy ra 108

6.3.4 Chạy thử 108

6.4 Chế độ bằng tay 112

6.4.2 Khu vực mô phỏng quá trình 113

6.4.3 Chạy thử 113

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN 117

7.1 Kết luận 117

7.1.1 Kết quả đạt được 117

7.1.2 Điểm còn hạn chế 117

7.2 Hướng phát triển 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

DANH MỤC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG

Bảng 1 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích 14

Bảng 1 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông 16

Bảng 1 3 Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo từng mức nhiệt độ 17 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG Bảng 2 1 Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu 20

Bảng 2 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu 20

Bảng 2 3 Các phương pháp định lượng 21

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13 Bảng 3 1 Một số loại PLC thông dụng 24

Bảng 3 2 Một số CPU S7 - 1200 28

Bảng 3 3 Phân vùng bộ nhớ 29

Bảng 3 4 Tập lệnh xử lý bít 30

Bảng 3 5 Tập lệnh Timer, Counter 30

Bảng 3 6 Tập lệnh toán học 31

Bảng 3 7 Tập lệnh di chuyển 32

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY Bảng 4 1 Tính chọn khởi động mềm hãng ABB 41

Bảng 4 2 Bảng địa chỉ sơ đồ đấu dây 49

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT Bảng 5 1 Bảng địa chỉ tín hiệu từ loadcell 57

Bảng 5 2 Bảng địa chỉ tín hiệu input 57

Bảng 5 3 Bảng địa chỉ tín hiệu output 58

Bảng 5 4 Bảng địa chỉ các biến phụ 59

Bảng 5 5 Bảng địa chỉ các biến phụ mô phỏng chuyển động 61

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

Hình 2 1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng 18

Hình 2 2 Trạm trộn bê tông xi măng 18

Hình 2 3 Kết cấu thép 22

Hình 2 4 Nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng 23

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13 Hình 3 1 Sơ đồ khối PLC 25

Hình 3 2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay 32

Hình 3 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay 33

Hình 3 4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC 33

Hình 3 5 Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V13 34

Hình 3 6 Creat new project 34

Hình 3 7 Đặt tên cho dự án 34

Hình 3 8 Configure a device 35

Hình 3 9 Add new device 35

Hình 3 10 Chọn loại CPU 36

Hình 3 11 Một project mới được tạo ra 36

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY Hình 4 1 Sơ đồ mạch động lực 44

Hình 4 2 Sơ đồ mạch điều khiển 46

Hình 4 3 Sơ đồ đấu dây 48

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT Hình 5 1 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông tự động 51

Hình 5 2 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông bằng tay 52

Hình 5 3 Sơ đồ khối quá trình cân đá 52

Hình 5 4 Sơ đồ khối quá trình cân cát 53

Hình 5 6 Sơ đồ khối quá trình cân xi măng 54

Hình 5 7 Sơ đồ khối quá trình cân phụ gia 54

Hình 5 8 Sơ đồ khối hoạt động của băng tải 55

Hình 5 9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn 56

Hình 5 10 Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông 57

Hình 5 11 Tổng quan phần cứng 62

Hình 5 12 PLC S7 – 1200 AC/DC/RL 62

Hình 5 13 Module mở rộng analog 63

Hình 5 14 Module mở rộng đầu vào ra 63

Hình 5 15 Module mở rộng đầu vào 64

Hình 5 16 Cấu hình thiết bị 96

Hình 5 17 Kết nối PLC và Máy tính 96

Hình 5 18 Thiết kế giao diện màn hình chính 97

Hình 5 19 Thiết kế giao diện màn hình ở chế độ tự động 97

Hình 5 20 Thiết kế giao diện màn hình ở chế độ bằng tay 98

Hình 5 21 Màn hình cảnh báo hoàn thành quá trình trộn 98

Hình 5 22 Màn hình cảnh báo trộn xong một mẻ trộn 99

Hình 5 23 Màn hình báo lỗi nhập sai MAC bê tông 99

Hình 5 24 Màn hình báo lỗi chưa nhập số mẻ trộn 100

Hình 5 25 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian trộn khô 100

Hình 5 26 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian trộn ướt 101

Hình 5 27 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian xả bê tông 101

CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Hình 6 1 Start Simulation 102

Hình 6 2 Start Simulation 102

Hình 6 3 Start Simulation 103

Hình 6 4 Mô phỏng PLC 103

Hình 6 5 Tải chương trình xuống PLC 104

Hình 6 6 Start Simulation 105

Hình 6 7 Start Simulation 105

Hình 6 9 Chức năng các nút nhấn 106

Hình 6 10 Chức năng các đèn báo 107

Hình 6 11 Hệ thống nhập và hiển thị số liệu 107

Hình 6 12 Màn hình quá trình chạy tự động 108

Hình 6 13 Màn hình cảnh báo và báo lỗi 108

Hình 6 14 Màn hình sau khi nhập đầy đủ thông số mẻ trộn 109

Hình 6 15 Ấn nút “Start” 109

Hình 6 16 Cân cốt liệu 110

Hình 6 17 Thực hiện quá trình trộn khô 110

Hình 6 18 Thực hiện quá trình trộn ướt 111

Hình 6 19 Thực hiện quá trình xả bê tông 111

Hình 6 20 Hoàn thành quá trình trộn 112

Hình 6 21 Nút nhấn điều khiển trong chế độ bằng tay 112

Hình 6 22 Mô phỏng quá trình trộn điều khiển bằng tay 113

Hình 6 23 Start Hand 113

Hình 6 24 Cân cốt liệu 114

Hình 6 25 Cân đủ khối lượng 114

Hình 6 26 Bật băng tải và thùng trộn chạy 115

Hình 6 27 Xả nguyên liệu vào thùng trộn 115

Hình 6 28 Xả bê tông vào xe chở 116

Lời mở đầu

Ngành Tự động hóa là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết định cho sự phát triển của một quốc gia Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong những ngày đầu, đến nay ngành Tự động hóa ở Việt Nam đã có những bước tiến, bước phát triển vượt bậc với các hệ thống cơ sở hạ tầng, công nghệ hiện đại Tự động hóa được xem như là huyết mạch của nền kinh tế, phát triển Tự động hóa sẽ là tiền đề cho các ngành kinh tế khác phát triển

Ngày nay, hệ thống điều khiển, giám sát tự động không còn quá xa lạ với chúng ta Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người

Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC trong quá trình sản xuất

bê tông tại các trạm trộn bê tông xi măng thực sự đã mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho các quá trình sản xuất Vì thế, nhằm tạo điều kiện tốt nhất để có thể tiếp xúc, làm quen với các thiết bị tự động và vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế Nhóm

em đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm trộn bê tông sử dụng PLC S7 – 1200”

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em ngoài sự cố gắng tìm hiểu và

học hỏi còn nhận được sự hướng dẫn tận tình từ thầy Hoàng Duy Khang Nhóm

chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Chúc thầy luôn mạnh khỏe và thành công trong công tác giảng dạy Do khả năng còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít nên có những sai sót không thể tránh, nhóm chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo từ quý thầy cô Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện đề tài:

Đàm Thị Thúy Nguyễn Tiến Toàn Phạm Quốc Tuấn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG

Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước và các chất phụ gia Trong đó cát và đá chiếm 80% – 85%, xi măng chiếm 8% – 15%, còn lại là khối lượng của nước và các chất phụ gia

Hỗn hợp vật liệu được nhào trộn tạo nên hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông phải có độ dẻo nhất định, phù hợp với mục đích sử dụng Có nhiều loại bê tông tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp Tỉ lệ mỗi thành phần cát, đá, xi măng,… khác nhau sẽ tạo ra những loại bê tông khác nhau Để phân biệt các loại bê tông, người ta

sử dụng khái niệm “mác bê tông”

1.2 Khái niệm về mác bê tông

Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông Theo tiêu chuẩn xây dựng cũ của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm

× 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kG/cm²)

Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là

“Mác bê tông”

Mác bê tông được phân loại từ 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 và 600 Khi nói rằng “mác bê tông 200” chính là nói tới ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông kích thước tiêu chuẩn, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, được nén ở tuổi 28 ngày, đạt 200 kG/cm² Còn cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ là

90 kG/cm² (được lấy để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất)

1.3 Phân loại bê tông

- Bê tông chất lượng cao: cường độ từ 500 – 1400 daN/cm2

Trong xây dựng cầu đường thường sử dụng bê tông có cường độ khoảng 250 – 400 daN/cm2 hoặc lớn hơn

1.3.2 Theo loại chất kết dính

Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông polime, bê tông đặc biệt (dùng chất kết dính đặc biệt)

1.3.3 Theo cốt liệu

Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chất phóng

xạ, chịu nhiệt, chịu axit), bê tông keramdit, bê tông cốt thép

1.3.4 Theo khối lượng thể tích

Bảng 1 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích

1.4 Các thành phần cốt liệu

1.4.1 Xi măng

Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất ra bê tông,

có nhiều loại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt và làm chất lượng thiết kế bê tông tăng lên, tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao rất lớn Vì vậy, khi thiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất lượng đúng yêu cầu

kỹ thuật và vừa phải giải quyết bài toán kinh tế

1.4.2 Cát

Cát dùng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo, kích thước hạt cát là từ 0,4 – 0,5 mm Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất, thành phần hạt… Trong thành phần của bê tông, cát chiếm khoảng 29%

1.4.3 Đá dăm

Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích thước của đá, do đó tùy thuộc vào kích cỡ của bê tông mà ta chọn kích thước đá phù hợp Trong thành phần bê tông, đá dăm chiếm khoảng 52%

1.4.4 Nước

Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng đến khả năng đông kết của bê tông và chống ăn mòn kim loại

1.4.5 Các chất phụ gia

Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có 2 loại phụ gia:

Loại phụ gia hoạt động bề mặt: loại phụ gia này mặc dù được sử dụng lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông

Loại phụ gia rắn nhanh: loại phụ gia này có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông Hiện nay trong công nghệ sản xuất bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng

1.5 Tính chất đặc thù của bê tông

1.5.1 Cường độ của bê tông

Cường độ của bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó Cường độ của bê tông phụ thuộc vào tính chất của xi măng, tỉ lệ nước, xi măng, phương pháp đổ bê tông và điều kiện đông cứng

Đặc trưng cơ bản của cường độ bê tông là “Mác” hay còn gọi là số liệu Mác bê tông kí hiệu là “M” là cường độ chịu nén tính theo (N/cm2) của mẫu

bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15 cm, tuổi 28 ngày được dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 200C ± 20C), độ ẩm không khí 90% đến 100% Mác “M” là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu

Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế như sau:

- Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500, M600 Bê tông nặng có khối lượng riêng khoảng 1800 kg/m3 đến 2500 kg/m3 cốt liệu sỏi đá đặc chắc

- Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300 Bê tông nhẹ

có khối lượng riêng trong khoảng 800 kg/m3 đến 1800 kg/m3, cốt liệu là các loại đá có lỗ rỗng, keramzit, xỉ quặng…

Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn 150 Cường độ của bê tông tăng theo thời gian, đây là một tính chất đáng quý của

bê tông, đảm bảo cho công trình làm bằng bê tông bền lâu hơn những công trình làm bằng gạch, đá, gỗ, thép… Lúc đầu cường độ bê tông tăng lên rất nhanh, sau đó tốc độ giảm dần Trong môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) thuận lợi, sự tăng cường độ có thể kéo dài hơn trong nhiều năm, trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp thì cường độ

bê tông tăng không đáng kể

Bảng 1 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông

1.5.2 Tính giãn nở

Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn độ nở 10 lần một giới hạn nào đó, độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông còn hiện tượng co ngót luôn kéo theo hậu quả xấu

Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân Trước hết là sự mất nước, quá trình Cacbon hóa Hyđroxit trong đá, xi măng Hiện tượng giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng – nước Co ngót là nguyên nhân gây ra nứt, giảm cường độ, chống thấm, độ ổn định của bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực Vì vậy đối với những công trình có chiều dài lớn, để tránh nứt người ta đã phân đoạn để tạo thành các khe

co giãn

1.5.3 Tính chống thấm

Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết cấu

bê tông Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của nó Để tăng cường tính chống thấm phải nâng cao độ chặt của bê tông bằng cách đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp phối hạt của cốt liệu, giảm tỉ lệ nước, xi măng ở vị trí số tối thiểu Ngoài ra, để tăng tính chống thấm người ta còn trộn bê tông với một số chất phụ gia

Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào quá trình đông cứng của xi măng, thời gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút Vì vậy sau khi trộn bê tông xong cần phải đổ ngay để tránh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước khi đổ Thời gian từ lúc bê tông ra khỏi máy trộn đến lúc đổ xong một lớp bê tông (không tính phụ gia) không quá 90 phút khi dùng xi măng pooclang và không quá 110 phút khi dùng xi măng pooclang xi, tro núi lửa, xi măng pupơlan Thời gian vận chuyển

bê tông (kể từ lúc đổ bê tông ra khỏi máy trộn) đến lúc đổ vào khuôn không nên lâu quá làm cho vữa bê tông bị phân tầng

Thời gian vận chuyển cho phép của bê tông (không có phụ gia):

Bảng 1 3 Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo từng mức nhiệt độ

Nhiệt độ (0C) 20 – 30 10 – 20 5 – 10

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

2.1 Giới thiệu chung

Hiện nay trên thị trường có hai loại trạm trộn chính: trạm trộn bê tông nhựa nóng và trạm trộn bê tông xi măng

Trạm trộn bê tông nhựa nóng: dùng để sản xuất bê tông từ hỗn hợp nhựa đường (hắc ín), đá, chất phụ gia…, nó được ứng dụng phổ biến trong xây dựng đường xá, các công trình giao thông, cầu, cảng… được rải lên bề mặt

Hình 2 1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng

Trạm trộn bê tông xi măng: Ứng dụng rộng rãi trong đời sống hiện nay nhất là trong lĩnh vực xây dựng, bê tông được sản xuất từ hỗn hợp cát, đá, xi măng, nước và phụ gia

Hình 2 2 Trạm trộn bê tông xi măng

2.2 Trạm trộn bê tông xi măng

2.2.1 Giới thiệu

Trạm trộn bê tông xi măng là một tổng thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm thiết bị này phải phối hợp nhịp nhàng với nhau để hòa trộn các thành phần: cát, đá, nước, phụ gia và xi măng được tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng Một trạm trộn bê tông có các yêu cầu chung sau đây:

- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ nhất

- Cho phép sản xuất được hai loại hỗn hợp bê tông khô hoặc ướt

- Hỗn hợp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyển

- Trạm làm việc ổn định, không ồn, không gây ô nhiễm môi trường

- Lắp đặt sửa chữa đơn giản

- Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay

2.2.2 Phân loại

Có 2 loại trạm trộn bê tông xi măng chính như sau:

- Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng băng tải

- Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu

Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng, tuy nhiên nhìn chung đều bao gồm các cụm và thiết bị sau:

Bảng 2 1 Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu

Cấp liệu kiểu gầu Cấp liệu kiểu băng tải

Nguyên

lý

Vật liệu (đá, cát) được tập kết ngoài bãi chứa liệu ở các ngăn

riêng biệt, tiếp theo được gầu cào

đổ vào thiết bị định lượng, sau khi

định lượng được vật liệu được xả

vào skip, từ skip vật liệu được đổ

vào thùng trộn

Vật liệu (cát, đá) được tập kết ngoài bãi sau đó được máy xúc gầu lật đổ vào bunke, thiết bị định lượng Sau khi được định lượng đúng yêu cầu thì băng tải vận chuyển đổ vào thùng

Ưu

điểm

Cấp liệu trực tiếp từ bãi chứa

mà không qua thiết bị vận chuyển

Phương án này được áp dụng cho các trạm trộn có năng suất lớn

Cấp xi măng:

Bảng 2 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu

Dùng bằng gầu tải Dùng xi lô

Nguyên

lý

Xi măng từ bao bì nhỏ đổ vào phễu được băng gầu vận

chuyển đổ vào xi lô nhỏ vào

Xi măng rời được vận chuyển bằng khí nén vào xi lô sau đó được vít tải vận

thiết bị định lượng, sau đó

Kết cấu đơn giản, giá thành

hạ

Không gây ô nhiễm môi trường Tiết kiệm được chi phí vận chuyển do nạp xi măng với khối lượng lớn

Nhược

điểm

Do cấp xi măng từ bao bì nên gây ô nhiễm

Năng suất vận chuyển thấp không thích hợp với trạm trộn

có năng suất cao

Khi cần nạp liệu với khối lượng nhỏ không thuận lợi

Nhược

điểm

Định lượng thành phần cốt liệu thiếu chính xác dẫn đến

Kết cấu phức tạp, giá thành cao

chất lượng bê tông không được

đảm bảo

Định lượng theo thể tích thường dùng để định lượng

nước và phụ gia hoặc dùng để

2.2.3.3 Thiết bị trộn

Dùng để trộn hỗn hợp các nguyên liệu và xả ra xe bồn Thường sử dụng động

cơ để quay trộn bê tông

2.2.3.4 Hệ thống điều khiển

- Hệ thống điều khiển bằng điện

- Cấp nguồn cho trạm trộn

- Điều khiển các động cơ cấp liệu, động cơ trộn

- Cảnh báo sự cố, báo lỗi

- Dừng khi có lỗi…

- Hệ thống điều khiển khí nén thủy lực

- Điều khiển các van khí nén và xy lanh để đóng mở cửa cấp liệu, cửa xả

2.2.3.5 Kết cấu phụ

Kết cấu thép dùng để làm giá đỡ cho các cụm ở trên được chắc chắn, đảm bảo

an toàn khi vận hành và sản xuất

Hình 2 3 Kết cấu thép

2.2.4 Nguyên lý hoạt động

Trạm trộn bê tông xi măng nhìn chung hoạt động theo nguyên lý sau:

Hình 2 4 Nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN

đã đưa ra trình bày đầu tiên Trước đây thiết bị này thường được gọi với cái tên Programmable Controller, viết tắt là PC, sau này khi máy tính cá nhân PC (Personal Computer) trở nên phổ biến từ viết tắt PLC hay được dùng hơn để tránh nhầm lẫn

3.1.2 Các loại PLC thông dụng

Bảng 3 1 Một số loại PLC thông dụng

Hãng Siemens

S7 – 200: CPU 212, CPU 214, CPU 222, CPU 224…

S7 – 300: CPU 313, CPU 314, CPU 315…

S7 – 400: CPU 412, CPU 413, CPU 414, CPU 416…

S7 – 1200: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C…

Hãng Omron

Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2C Dòng CQM1

Dòng CP1E Dòng CP1L Dòng CP1H Dòng CJ1/M

Dòng DVP – SC Dòng DVP – SX Dòng DVP – SV Dòng DVP – ES

3.1.3 Ngôn ngữ lập trình

Các ngôn ngữ lập trình PLC được quy định trong chuẩn IEC 61131 – 3 bao gồm:

Ngôn ngữ lập trình cơ bản:

- Instruction List (IL): dạng hợp ngữ

- Structured Text (ST): giống Pascal

Các ngôn ngữ đồ họa:

- Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le

- Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý

- Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet

3.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC

3.1.4.1 Cấu trúc

Hình 3 1 Sơ đồ khối PLC

Bộ xử lý trung tâm (CPU): Bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý điều hành hoạt

Các kênh truyền (các BUS): bus dữ liệu (thường là 8 bit), đường dẫn các thông tin dữ liệu, mỗi dây truyền 1 bit dạng số nhị phân Bus địa chỉ (thường là 8 hoặc 16 bit), tải địa chỉ vị trí nhớ trong bộ nhớ Bus điều khiển, truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến các bộ phận Bus hệ thống, trao đổi thông tin giữa các cổng nhập xuất và thiết bị nhập xuất

Bộ nguồn: cung cấp nguồn một chiều (5V) ổn định cho CPU và các thành phần chức năng khác từ một nguồn xoay chiều (110, 220V…) hoặc nguồn một chiều (12, 24V…)

Các thành phần vào/ra: đóng vai trò là giao diện giữa CPU và quá trình kỹ thuật Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi, thích ứng tín hiệu và cách ly giữa các thiết

bị ngoại vi (cảm biến, cơ cấu chấp hành) và CPU

Đầu vào số (DI: Digital Input): các ngõ vào của khối này được kết nối với các

bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân như nút ấn, công tắc, cảm biến tạo tín hiệu nhị phân Dải điện áp đầu vào có thể là 5 VDC, 12 – 24 VDC/VAC, 48 VDC, 100 – 120 VAC, 200 – 240 VAC…

Đầu vào tương tự (AI: Analog Input): Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Các ngõ vào của khối này thường được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu analog như cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, hay ngõ

ra analog của biến tần Các chuẩn tín hiệu tương tự thường gặp là 4 – 20mA, 0 – 5V,

0 – 10V

Đầu ra tương tự (AO: Analog Output): Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu

số được gửi từ CPU đến đối tượng điều khiển thành tín hiệu tương tự Các đầu ra của khối này được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu tương tự như ngõ vào analog của biến tần, van điện từ…

Đầu ra số (DO: Digital Output): Các đầu ra của khối này được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân như đèn báo, cuộn hút Relay… Có 3 loại đầu ra số là dạng Trans (1 chiều), Triac (xoay chiều) và Relay với các dải điện áp 5 VDC, 24 VDC, 12 – 48VDC/VAC, 120 VAC, 230 VDC

3.1.4.2 Phương thức thực hiện chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (Scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng

Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh kết thúc Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo ngõ ra tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức

là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòng quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện và khối lượng dữ liệu truyền thông… trong vòng quét đó

3.1.5 Ứng dụng PLC

- Điều khiển các dây truyền đóng gói bao bì, tự động mạ tráng kẽm, sản xuất bia, sản xuất xi măng…

- Hệ thống rửa ô tô tự động

- Điều khiển thang máy

- Điều khiển máy sấy, máy ép nhựa…

3.2 PLC – S7 1200

3.2.1 Cấu trúc

S7 – 1200 là một dòng của bộ điều khiển logic khả trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7 –

Phần mềm dùng để lập trình cho S7 – 1200 là Step 7 Basic Step 7 basic hỗ trợ

ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau PLC S7 – 1200 có các loại sau:

14 Inputs /

10 Out

14 Inputs /

10 Out Kiểu

tương tự 2 inputs 2 inputs 2 inputs

2 inputs / 2 outputs Kích

thước bộ

đệm

Inputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes Outputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes Bit nhớ (M) 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes Module mở rộng vào

SB

4 built – in I/O, 6 with

SB

Singe phase

3 at 100kHz SB: 2 at 3 at 100kHz

SB: 2 at 30kHz

Quadrature

phase

3 at 80kHz SB: 2 at 20kHz

3 at 80kHz

1 at 20kHz SB: 2 at 20kHz

Card nhớ SIMATIC Memory Card (optional)

Lưu trữ thời gian đồng

hồ thời gian thực

Chuẩn là 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 400C

(duy trì bằng tụ điện có điện dung lớn)

PROFINET 1 cổng truyền thông

Ethernet

2 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi phép

- Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi down xuống

- Work memory là bộ nhớ lúc làm việc

- System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào đây

Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ

Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại

Toán hạng n: Q, M, L, D

Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái

Toán hạng n: Q, M, L, D

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái

Counter đếm lên – CTU

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV >= PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0

3.2.3.3 Lệnh toán học

Bảng 3 6 Tập lệnh toán học

Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1<= IN2, IN1< IN2, IN1> IN2, IN1<> IN2

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa mãn thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE( tác động mức cao) và ngược lại Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal, String, Time, DTL, Constant

Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2

Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 - IN2

Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant

Tham số OUT có kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal

Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực thi lệnh này:

Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu

Real/Lreal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau

đó được trả về NaN

ADD Real/Lreal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN

3.2.3.4 Di chuyển và chuyển đổi dữ liệu

Bảng 3 7 Tập lệnh di chuyển

Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT

mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN

Tham số:

EN: cho phép ngõ vào

ENO: cho phép ngõ ra

IN: nguồn giá trị đến

OUT1: nơi chuyển đến

3.2.4 Sơ đồ đấu dây

Hình 3 2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay

Hình 3 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay

Hình 3 4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC

3.3 Phần mềm Tia – Portal v13

3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic

Step 7 Basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập

3.3.2 Các bước tạo một project

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V13

Hình 3 5 Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V13

Bước 2: Click chuột vào “Create new project” để tạo dự án

Hình 3 6 Creat new project

Bước 3: Nhập tên dự án vào “Project name” sau đó nhấn “Create”

Bước 4: Chọn “configure a device”

Hình 3 8 Configure a device

Bước 5: Chọn “add new device”

Hình 3 9 Add new device

Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn “add”

Hình 3 10 Chọn loại CPU

Bước 7: Project mới được hiện ra

Hình 3 11 Một project mới được tạo ra

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN

SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY

4.2 Hướng giải quyết

Trong giới hạn tìm hiểu và nghiên cứu đề tài, việc xây dựng công thức tính công suất động cơ của hệ thống gặp phải rất nhiều khó khăn và độ chính xác không được cao Vì thế, nhóm chúng em xin được tính toán và thiết kế mạch lực và mạch điều khiển cho hệ thống trạm trộn bê tông với các thông số công suất động cơ được xác định trước như sau:

- Công suất động cơ dẫn động máy trộn: Ptrộn = 37 kW

- Công suất động cơ kéo băng tải: Pbăng tải = 7,5 kW

- Công suất động cơ máy bơm nước: Pbơm nước = 4,5 kW

- Công suất động cơ vít tải xi măng: Pvít tải = 5,5 kW

- Công suất động cơ máy nén khí: Pkhí nén = 7,5 kW

4.3 Tính toán thiết kế mạch lực

4.3.1 Mạch lực động cơ dẫn động buồng trộn

- Công suất động cơ trộn: Ptrộn = 37 kW

- Cường độ dòng điện định mức động cơ:

+ Cos 𝜑: hệ số công suất Lấy cos 𝜑 = 0,85

- Cường độ dòng điện khởi động:

I kđ trộn = I đm trộn k kđ = 66.4 = 264 (A)

Trong đó:

+ Ikđ trộn: dòng điện khởi động động cơ (A)

+ Iđm trộn: dòng điện định mức của động cơ (A)

4.3.2 Mạch lực động cơ kéo băng tải

- Công suất động cơ băng tải: Pbăng tải = 7,5 kW

- Cường độ dòng điện định mức động cơ:

I đm băng tải = P băng tải

√3.U d cos φ =

7500

√3.380.0,85 = 13,4 (A)

Trong đó:

+ Iđm băng tải: dòng điện định mức của băng tải (A)

+ P băng tải: công suất định mức động cơ băng tải (W)

+ Ud: điện áp định mức động cơ (V)

+ Cos 𝜑: hệ số công suất Lấy cos 𝜑 = 0,85

- Cường độ dòng điện khởi động:

I kđ băng tải = I đm băng tải k kđ = 13,4.4 = 53,6 (A)

Trong đó:

+ Ikđ băng tải: dòng điện khởi động động cơ băng tải (A)

+ Iđm băng tải: dòng điện định mức của động cơ băng tải (A)

4.3.3 Mạch lực động cơ bơm nước

- Công suất động cơ bơm nước: Pbơm nước = 4,5 kW

- Cường độ dòng điện định mức động cơ:

I đm bơm nước = P bơm nước

√3.U d cos𝜑 =

4500

√3.380.0,85 = 8,04 (A)

Trong đó:

+ Iđm bơm nước: dòng điện định mức của máy bơm nước (A)

+ P bơm nước: công suất định mức của máy bơm nước (W)

+ Ud: điện áp định mức động cơ (V)

+ Cos 𝜑: hệ số công suất Lấy cos 𝜑 = 0,85

- Cường độ dòng điện khởi động:

I kđ bơm nước = I đm bơm nước k kđ = 8,04.4 = 32,2 (A)

Trong đó:

+ Ikđ bơm nước: dòng điện khởi động động cơ bơm nước (A)

+ Iđm bơm nước: dòng điện định mức của động cơ bơm nước (A)

4.3.4 Mạch lực động cơ vít tải xi măng

- Công suất động cơ vít xi măng: Pvít xi măng = 5,5 kW

- Cường độ dòng điện định mức động cơ:

+ Iđm vít xi măng: dòng điện định mức của máy vít xi măng (A)

+ P vít xi măng: công suất định mức của máy vít xi măng (W)

+ Ud: điện áp định mức động cơ (V)

+ Cos 𝜑: hệ số công suất Lấy cos 𝜑 = 0,85

Trong đó:

+ Ikđ vít xi măng: dòng điện khởi động động cơ vít xi măng (A)

+ Iđm vít xi măng: dòng điện định mức của động cơ vít xi măng (A)

- Công suất động cơ máy nén khí: Pmáy nén khí = 7,5 kW

- Cường độ dòng điện định mức động cơ:

+ Iđm máy nén khí: dòng điện định mức của máy máy nén khí (A)

+ P máy nén khí: công suất định mức của máy máy nén khí (W)

+ Ud: điện áp định mức động cơ (V)

+ Cos 𝜑: hệ số công suất Lấy cos 𝜑 = 0,85

- Cường độ dòng điện khởi động:

I kđ máy nén khí = I đm máy nén khí k kđ = 13,4.4 = 53,6(A)

Trong đó:

+ Ikđ máy nén khí: dòng điện khởi động động cơ máy nén khí (A)

+ Iđm máy nén khí: dòng điện định mức của động cơ máy nén khí (A)