Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRÀ DUY QUỐC DŨNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG NGUYÊN LIỆU CHO TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI LƯU ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRÀ DUY QUỐC DŨNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG NGUYÊN LIỆU CHO TRẠM TRỘN BÊ TƠNG TƯƠI LƯU ĐỘNG CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 60.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Yến Đà Nẵng – Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trà Duy Quốc Dũng ii NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG NGUYÊN LIỆU CHO TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI LƯU ĐỘNG Học viên: Trà Duy Quốc Dũng Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 8.52.01.03 Khóa: 34 Trường Đại học Bách khoa – ĐH Đà Nẵng Luận văn trình bày tồn hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động Nhằm đáp ứng yêu cầu nhu cầu phát triển ngành xây dựng Luận văn trình bày linh kiện, vật liệu, hệ thống điều khiển mơ hình trạm trộn bê tông lưu động tự động Luận văn hướng tới giải vấn đề tự động hóa q trình sản xuất để giảm thiểu sức lao động cho cơng nhân, tiết kiệm chi phí nâng cao chất lượng sản phẩm bê tông tươi làm việc vị trí Từ khóa: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động This dissertation presents the entire automatic dosing system for fresh mobile concrete batching plants To meet the needs and development needs of the construction industry today The thesis presents the components, materials, control systems and the model of a mobile concrete batching plant The thesis aims to solve the problem of production automation to reduce worker labor, save cost and improve the quality of fresh concrete products when working in any position Key words: Research and design of automated system for quantitative materials for mobile fresh concrete batching plant iii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: 2 Mục đích nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận văn : CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Trạm trộn bê tông 1.1.1 Tổng quan hệ thống trộn, thành phần bê tông tươi phối liệu 1.1.2 Các loại trạm trộn sử dụng: 1.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động 1.3 Các cấu chấp hành sử dụng trạm trộn 1.4 Các loại cảm biến 11 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI LƯU ĐỘNG 15 2.1 Yêu cầu kỹ thuật 15 2.2 Nguyên lý làm việc thiết bị trạm trộn 16 2.3 Chu trình hoạt động trạm trộn 18 2.4 Các kết cấu trạm trộn 18 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI 23 3.1 Lựa chọn phương pháp điều khiển 23 3.1.1 Điều khiển lôgic 24 3.1.2 Điều khiển PLC 24 3.1.3 Điều khiển vi điều khiển 29 3.1.4 Khảo sát PLC loại S7-200 hãng siemens 31 3.1.5 Các thông số kỹ thuật PLC họ S7-200 36 3.1.6 Cấu trúc chương trình S7- 200 37 3.1.7 Thực chương trình S7- 200 38 3.1.8 Các tốn hạng lập trình 39 iv 3.2 Lựa chọn cảm biến cho trạm trộn 40 3.2.1 Các loại cảm biến 40 3.2.2 Lựa chọn cảm biến cho trạm trộn 44 3.3 Thuật toán điều khiển 48 3.4 Chương trình điều khiển 49 3.5 Thiết kế phận tự động định lượng 50 3.6 Hướng dẫn lắp ráp, vân hành bảo dưỡng máy 52 3.6.1 Hướng dẫn lắp ráp 52 3.6.2 Hướng dẫn vận hành máy 74 3.6.3 Hướng dẫn bảo dưỡng máy 83 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 89 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các trạm trộn bê tông lưu động tự động Hình 1.2 Một số hình ảnh loadcell 13 Hình 2.1 Mơ hình trạm trộn bê tơng thiết kế 16 Hình 2.2 Chu trình hoạt động trạm trộn 18 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển 23 Hình 3.2: Thiết bị điều khiển 23 Hình 3.3: Sơ đồ khối bên PLC 25 Hình 3.4: Sơ đồ khối vi điều khiển 29 Hình 3.5 Cấu trúc bên vi điều khiển 8051 30 Hình 3.6 Sơ đồ chân công truyền thông 34 Hình 3.7 Bộ nhớ S7- 200 35 Hình 3.8 Cấu trúc chương trình 38 Hình 3.9: Chương trình S7 -200 .39 Hình 3.10 Các loại cảm biến 46 Hình 3.11 Bố trí cảm biến .47 Hình 3.12 Sơ đồ hệ thống điều khiển phần định lượng 48 Hình 3.13 Sơ đồ điều khiển 49 HÌNH VẼ TRẠM TRỘN 98 Hình Tổng thể trộn .101 Hình Truyền động cho trộn 101 Hình Cụm xe chuyển liệu .102 Hình Xe chuyển liệu 102 Hình Động tang kéo tời 103 Hình Động tải xi măng 103 Hình Máng liệu 103 Hình Bồn cân xi măng 104 Hình Bồn nước 104 Hình 10 Máng xi măng .104 Hình 11 Ổ bi balie 104 Hình 12 Bồn trộn 105 Hình 13 Vít tải 105 Hình 14 Bồn chứa xi măng 105 Hình 15 Tủ điện 105 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần nhằm đáp ứng nhu cầu quy mô, chất lượng tiến độ thi công xây dựng dân dụng công nghiệp, xây dựng cầu đường, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng nước ta áp dụng nhiều công nghệ sử dụng thiết bị thi cơng tiên tiến Trong tất máy móc phục vụ cơng trình xây dựng chưa đảm bảo yêu cầu chất lượng suất mà nhu cầu khối lượng bê tông lớn nên vấn đề suất, chất lượng sản phẩm phải quan tâm Vì cần phải cải tiến nâng cao mức độ giới hoá, tự động hoá thiết bị dây chuyền Đây vấn đề ngành khí ngành xây dựng quan tâm, tiến hành khơng ngừng cải tiến máy móc thiết bị sản phẩm có chất lượng tốt suất cao Nhằm đáp ứng yêu cầu nhu cầu phát triển ngành xây dựng nay, việc nghiên cứu đưa hệ thống điều khiển vào dây chuyền sản xuất nhằm thay dây chuyền cũ vấn đề cấp thiết Để giải vấn đề cần phải có quan tâm chuyên gia lĩnh vực tự động hoá nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội định hướng phát triển đất nước phục vụ cho cơng nghiệp hố đại hoá đất nước mà nhà nước đặt Các công việc gắn liền với dây chuyền sản xuất nhằm phục vụ nhu cầu tất yếu nhà sản xuất kinh doanh, tạo điều kiện thuật lợi cho việc cạnh tranh với nước giới, sản phẩm sản xuất nước xuất nước đảm bảo chất lượng giá thành phù hợp với nhu cầu người sử dụng Luận văn trình bày toàn hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động Cảm ơn hướng dẫn thầy giáo khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Trân trọng cảm ơn! MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Ngày lĩnh vực tự động hóa, đại hóa khí mục tiêu quan trọng đất nước thời đại khoa học phát triển hội nhập đất nước với giới, đạt thành tựu quan trọng vấn đề sản xuất nhằm giảm giá thành sản phẩm, tăng suất, đảm bảo an tồn cho mơi trường theo tiêu chí đất nước giới, chất lượng thành phẩm cao nhằm cạnh tranh đáp ứng nhu cầu cơng trình với nhiều sản phẩm đa dạng Để phát triển mục tiêu quan trọng cần hỗ trợ lĩnh vực tin học, điện tử, điều khiển tự động, hệ thống đo lường, áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhằm tạo nên bước đột phá sản xuất với mục đích tăng suất đạt chất lượng cao Nhiều hệ thống điều khiển tự động đời nhằm phục vụ nhu cầu khác đời sống ứng thành công đem lại hiệu kinh tế cao Theo xu hướng nay, để tiết kiệm kinh phí thời gian cho việc vận chuyển bê tông tươi từ nhà máy sản xuất, cơng trình xây dựng có quy mơ lớn có nhu cầu sử dụng bê tông cao người ta thực công tác trộn bê tơng tươi chân cơng trình Tuy nhiên, trạm trộn bê tông lưu động chưa tự động bán tự động việc cấp nguyên liệu Với mong muốn tự động hóa định lượng, chuyển nguyên liệu vào trạm trộn nhằm giảm nhân công, tăng độ ổn định chất lượng bê tông tốt hơn, việc thay hệ thống điều khiển cũ hệ thống điều khiển tự động sử dụng PLC khả thi Vì vậy, em chọn đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động Mục đích nghiên cứu: Tự động hóa q trình sản xuất bê tông tươi trạm lưu động nhằm mục đích giảm nhân cơng, giảm giá thành nâng cao chất lượng bê tông tươi Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 3.1 Đối tượng: Trạm trộn bê tông tươi sử dụng để đúc bi cống thoát nước 3.2 Phạm vi nghiên cứu + Nguyên lý làm việc trạm trộn + Các thiết bị trạm trộn + Hệ thống điều khiển tự động PLC + Thuật toán + Sơ đồ khối hệ thống điều khiển PLC Phương pháp nghiên cứu Dùng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm - Lý thuyết: Tham khảo tài liệu để tính tốn thiết kế - Thực nghiệm: Tham quan khảo sát sở sản xuất bê tông tươi địa bàn thành phố Đà Nẵng Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Về mặt khoa học: Tổng hợp kiến thức học nâng cao trình độ học viên cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí - Về mặt thực tiễn: Tự động hóa q trình sản xuất để giảm thiểu sức lao động cho công nhân, tiết kiệm chi phí nâng cao chất lượng sản phẩm bê tông tươi làm việc vị trí Cấu trúc luận văn : Ngồi nội dung mở đầu kết luận, đề tài bao gồm chương sau: Chương chủ yếu đề cập đến thành phần tính chất bê tơng, loại trạm trộn nay, nguyên lý làm việc trạm trộn bê tơng Chương trình bày nguyên lý thiết bị trạm trộn bê tông lưu động Chương giới thiệu lý thuyết phương pháp điều khiển tự động, điều khiển PLC hãng SIEMENS, loại cảm biến ứng dụng trạm trộn, thiết kế hệ thống định lượng tự động, xây dựng chương trình điều khiển trạm trộn 101 Hình Tổng thể trộn Hình Truyền động cho trộn 102 Hình Cụm xe chuyển liệu Hình Xe chuyển liệu 103 Hình Động tang kéo tời Hình Động tải xi măng Hình Máng liệu 104 Hình Bồn cân xi măng Hình 10 Máng xi măng Hình Bồn nước Hình 11 Ổ bi balie 105 Hình 12 Bồn trộn Hình 13 Vít tải Hình 14 Bồn chứa xi măng Hình 15 Tủ điện 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 ... thay hệ thống điều khiển cũ hệ thống điều khiển tự động sử dụng PLC khả thi Vì vậy, em chọn đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tơng tươi lưu động? ??... trộn bê tơng lưu động chưa tự động bán tự động việc cấp nguyên liệu Với mong muốn tự động hóa định lượng, chuyển nguyên liệu vào trạm trộn nhằm giảm nhân công, tăng độ ổn định chất lượng bê tông. .. dụng trạm trộn, thiết kế hệ thống định lượng tự động, xây dựng chương trình điều khiển trạm trộn 4 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Trạm trộn bê tông 1.1.1 Tổng quan hệ thống trộn, thành phần bê tông