ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM TRỘN BÊ TÔNG DÙNG PLC S7 – 200.

LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước một cách toàn diện. Cùng với sự phát triển vượt bậc về kinh tế là sự phát triển của các ngành sản xuất. Ngành xây dựng công trình cũng ngày càng phát triển như vũ bão để xây dựng đáp ứng các công trình cho sản xuất kinh doanh như đường sá, nhà công nghiệp, các đập Thủy lợi – thủy điện… Và để nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất sản xuất các công trình xây dựng cũng như hổ trợ cho con người những công việc phức tạp, nặng nhọc nghành Tự động hoá đã ra đời và đang ngày càng áp dụng hiệu quả vào sản xuất trên các công trình xây dựng vốn đòi hỏi nhiều sức lao động con người. Tự động hoá là một lĩnh vực đã được hình thành và phát triển rộng lớn trên phạm vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm có chất lượng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống. Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được Đảng và Nhà nước quan tâm và đấu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theo định hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Nói đến tự động hoá ngày nay không thể không nhắc đến các thiết bị điều khiển có lập trình. Trong đó PLC (Programmable Logic Controler) là một thiết bị điển hình. Với những tính năng ưu việt như dể dàng lập trình thông qua nhiều kiểu ngôn ngữ (LADDER, STL, FBD), có thể thay đổi chương trình điều khiển một cách đơn giản, khả năng truyền thông mạnh với môi trường bên ngoài (với PC, PLC...), gọn nhẹ, làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt ...đã làm cho mọi quá trình sản xuất trở nên đơn giản và hiệu quả. Tạo nên mối liên kết giữa điều khiển quá trình sản xuất và quản lý kinh doanh (hệ điều khiển giám sát thu thập số liệu SCADA). SIMATIC S7200 là một thiết bị lập trình với những tính năng mạnh, nhanh, linh hoạt thể hiện ở tập lệnh đầy đủ, khả năng kết nối đa điểm (MPI), tốc độ xử lý lệnh cực nhanh, nhiều modul mở rộng với phạm vi ứng dụng cao. Cùng với tiện ích HMI và phần mềm STEP 7 đã tạo nên mối hệ ngày càng thân thiện giữa con người và các thiết bị công nghiệp. Qua 5 năm được học tập và đào tạo tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng chuyên ngành Điện Tự động hóa đã giúp em có được những nền tảng kiến thức quan trọng để phục vụ sản xuất và góp phần công sức của mình trong công cuộc Công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước. Được sự đồng ý của Thầy Nguyễn Hoàng Mai, em đã nhận đề tài: Thiết kế giám sát và điều khiển trạm trộn bê tông 30m3h dùng PLC S7200 để làm Đồ án tốt nghiệp và hoàn thành chương trình đào tạo Kỹ sư tại Trường. Với những số liệu được lấy tại Trạm trộn bê tông của Công ty xây dựng số 4 thuộc Tổng Công ty xây dựng Bình Lợi – Quảng Bình em đã hoàn thành việc thiết kế, điều khiển và giám sát trạm trộn bêtông tại Công ty. Với những kết quả đạt được đã giúp em hoàn thành báo cáo này. Với khoảng thời gian có hạn cũng như kiến thức còn hạn chế nên đề tài của em còn rất nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong trường cũng như khoa Điện nói chung và các thầy, các cô trong bộ môn Tự động hoá Đo lường nói riêng đã giúp đỡ em nhiều kiến thức trong những năm qua và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Hoàng Mai đã giúp em hoàn thành đồ án này.

oo

KHOA ĐIỆN NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hiện : Đặng Xuân Duy

III NỘI DUNG PHẦN THUYẾT MINH:

 Chương 1: Tổng quan về trạm trộn bê tông

 Chương 2: Thiết kế mạch lực và mạch điều khiển

 Chương 3: Giới thiệu tổng quan về PLC S7-200 và các module mở rộng

 Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển trạm trộn bê tông

 Chương 5: Phân tích, đánh giá tổn thất năng lượng của trạm

Phụ lục

THỜI GIAN:

 Ngày nhận nhiệm vụ: 13 tháng 02 năm 2011

 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: tháng năm 2011

TS Nguyễn Hoàng Mai TS Nguyễn Quốc Định

THÔNG QUA BỘ MÔN

SVTH: Đặng Xuân Duy – Lớp 06D2 Trang 1

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 Error! Bookmark not defined TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG Error! Bookmark not defined

1.1 Khái niệm và phân loại bê tông Error! Bookmark not defined 1.1.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 1.1.2 Phân loại Error! Bookmark not defined 1.2 Vật liệu làm bê tông Error! Bookmark not defined 1.2.1 Xi măng Error! Bookmark not defined 1.2.2 Cốt liệu cát Error! Bookmark not defined 1.2.3 Cốt liệu đá dăm hoặc sỏi Error! Bookmark not defined 1.2.4 Nước Error! Bookmark not defined 1.2.5 Phụ gia Error! Bookmark not defined 1.3 Tổng quan về trạm trộn bê tông Error! Bookmark not defined 1.3.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tôngError! Bookmark not defined 1.3.2 Cấu tạo chung của trạm trộn Error! Bookmark not defined 1.4 Phân loại trạm trộn Error! Bookmark not defined 1.4.1 Trạm cố định Error! Bookmark not defined 1.4.2 Trạm tháo lắp di chuyển được Error! Bookmark not defined 1.5 Hệ thống trộn Error! Bookmark not defined 1.5.1 Cấu tạo chung của các máy trộn Error! Bookmark not defined 1.5.2 Phân loại máy trộn Error! Bookmark not defined 1.6 Thành phần vật liệu của bê tông - Mác bê tôngError! Bookmark not defined 1.7 Nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông Error! Bookmark not defined 1.7.1 Một số qui định vận hành trạm Error! Bookmark not defined 1.7.2 Chế độ điều khiển tự động Error! Bookmark not defined 1.7.3 Chế độ điều khiển bằng tay Error! Bookmark not defined 1.8 Một số qui định an toàn trong vận hành trạm Error! Bookmark not defined 1.8.1 Trước khi vận hành Error! Bookmark not defined 1.8.2 Trong khi vận hành Error! Bookmark not defined 1.8.3 Sau khi vận hành Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2 Error! Bookmark not defined THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂNError! Bookmark not defined

2.1 Yêu cầu công nghệ của các thiết bị lắp đặt trạm trộn bê tôngError! Bookmark

not defined

2.1.1 Yêu cầu công nghệ của cối trộn Error! Bookmark not defined 2.1.2 Yêu cầu công nghệ của xe gàu kéo Cốt liệuError! Bookmark not defined 2.1.3 Yêu cầu công nghệ của vít tải xiên Error! Bookmark not defined 2.1.4 Yêu cầu công nghệ của hệ thống truyền động khí động họcError! Bookmark

not defined

2.1.5 Yêu cầu về công nghệ định lượng vật liệuError! Bookmark not defined 2.1.6 Yêu cầu công nghệ của bơm nước Error! Bookmark not defined

SVTH: Đặng Xuân Duy – Lớp 06D2 Trang 2

2.1.7 Yêu cầu công nghệ của đầm rung Error! Bookmark not defined 2.2 Tính toán mạch động lực và các thiết bị điện cho trạm trộn bê tông.Error! Bookmark

2.3 Đặt vấn đề về hệ điều khiển trạm trộn bê tông được trình bày trong đồ án Error!

Bookmark not defined

2.3.1 Chế độ hoạt động bằng tay Error! Bookmark not defined 2.3.2 Chế độ hoạt động tự động Error! Bookmark not defined 2.3.3 Xử lý sự cố Error! Bookmark not defined 2.3.4 Cấu trúc hệ điều khiển trạm trộn bê tông Error! Bookmark not defined 2.3.5 Sơ đồ đấu nối dây mạch điều khiển Error! Bookmark not defined 2.3.6 Mạch nhận tín hiệu cân Error! Bookmark not defined 2.3.7 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3 Error! Bookmark not defined GIỚI THIỆU PLC VÀ CÁC MODULE MỞ RỘNGError! Bookmark not defined

3.1 Khái niệm chung Error! Bookmark not defined 3.2 Cấu trúc phần cứng của PLC Error! Bookmark not defined 3.2.1 Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central Procesing Unit)Error! Bookmark not

defined

3.2.2 Bộ nhớ Error! Bookmark not defined 3.2.3 Khối vào/ra Error! Bookmark not defined 3.2.4 Thiết bị lập trình Error! Bookmark not defined 3.2.5 Rơle Error! Bookmark not defined 3.2.6 Modul quản lý việc phối ghép Error! Bookmark not defined 3.2.7 Thanh ghi (Register) Error! Bookmark not defined 3.2.8 Bộ đếm (Counter) Error! Bookmark not defined 3.2.9 Bộ định thì (timer) Error! Bookmark not defined 3.3 Tổng quan về họ PLC S7-200 của Siemens Error! Bookmark not defined 3.3.1 Cấu trúc phần cứng của S7-200 Error! Bookmark not defined 3.3.2 Giao tiếp với thiết bị ngoại vi Error! Bookmark not defined 3.3.3 Giao tiếp giữa sensor và cơ cấu chấp hànhError! Bookmark not defined 3.3.4 Cấu trúc bộ nhớ S7-200 Error! Bookmark not defined 3.3.5 Cấu trúc chương trình và ngôn ngữ lập trình S7-200Error! Bookmark not

defined

3.3.6 Giới thiệu về tập lệnh của S7-200 Error! Bookmark not defined 3.4 Vấn đề truyền thông của PLC S7-200 Error! Bookmark not defined 3.4.1 Khái niệm truyền thông của PLC Error! Bookmark not defined 3.4.2 Các phương thức truyền thông Error! Bookmark not defined 3.4.3 Truyền thông giữa PLC và PC Error! Bookmark not defined

SVTH: Đặng Xuân Duy – Lớp 06D2 Trang 3

3.5 Giới thiệu Module EM235 của S7-200 Error! Bookmark not defined 3.5.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 3.5.2 Đặc tính chung Error! Bookmark not defined 3.5.3 Hiệu chỉnh đầu vào module EM 235 Error! Bookmark not defined 3.5.4 Cấu hình module EM 235 Error! Bookmark not defined 3.5.5 Định dạng dữ liệu Input và Output của module EM 235Error! Bookmark not

defined

3.5.6 Sơ đồ khối Input của module EM 235 Error! Bookmark not defined 3.6 Giới thiệu về TP 070 Error! Bookmark not defined 3.6.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 3.6.2 Đặc điểm Error! Bookmark not defined 3.6.3 Hoạt động của TP 070 Error! Bookmark not defined 3.6.4 Truyền thông giữa TP070 và hệ thống SIMATIC S7-200 PLC Error!

Bookmark not defined

CHƯƠNG 4 Error! Bookmark not defined THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG Error!

Bookmark not defined

4.1 Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông Error! Bookmark not defined 4.2 Các bước xây dựng chương trình điều khiển trạm trộn bê tôngError! Bookmark

not defined

4.3 Bảng phân công đầu vào – ra PLC Error! Bookmark not defined 4.3.1 Bảng phân công đầu vào Error! Bookmark not defined 4.3.2 Bảng phân công đầu ra Error! Bookmark not defined 4.4 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển trạm trộn bê tôngError! Bookmark not

defined

4.4.1 Lưu đồ thuật toán chương trình chính Error! Bookmark not defined 4.4.2 Lưu đồ thuật toán chương trình con Trừ bìError! Bookmark not defined 4.4.3 Lưu đồ thuật toán chương trình con cân Cốt liệu Error! Bookmark not

defined

SVTH: Đặng Xuân Duy – Lớp 06D2 Trang 4

CHƯƠNG 5 Error! Bookmark not defined PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG CỦA TRẠM Error!

Bookmark not defined

5.1 Đặt vấn đề về tiết kiệm năng lượng Error! Bookmark not defined 5.2 Phân tích, đánh giá và giải pháp tiết kiệm điện năng cho trạm trộn bê tông.Error!

Bookmark not defined

5.2.1 Phân tích chế độ vận hành của trạm và các tổn thất khi vận hành Error!

Bookmark not defined

5.2.2 Các giải pháp giảm tổn thất cho trạm trộnError! Bookmark not defined 5.3 Tính toán tổn thất năng lượng khi khởi động động cơ Error! Bookmark not

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước một cách toàn diện Cùng với sự phát triển vượt bậc về kinh tế là sự phát triển của các ngành sản xuất Ngành xây dựng công trình cũng ngày càng phát triển như vũ bão

để xây dựng đáp ứng các công trình cho sản xuất kinh doanh như đường sá, nhà công nghiệp, các đập Thủy lợi – thủy điện… Và để nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất sản xuất các công trình xây dựng cũng như hổ trợ cho con người những công việc phức tạp, nặng nhọc nghành Tự động hoá đã ra đời và đang ngày càng áp dụng hiệu quả vào sản xuất trên các công trình xây dựng vốn đòi hỏi nhiều sức lao động con người

Tự động hoá là một lĩnh vực đã được hình thành và phát triển rộng lớn trên phạm vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm

có chất lượng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được Đảng và Nhà nước quan tâm và đấu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theo định hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước

Nói đến tự động hoá ngày nay không thể không nhắc đến các thiết bị điều khiển có lập trình Trong đó PLC (Programmable Logic Controler) là một thiết bị điển hình Với những tính năng ưu việt như dể dàng lập trình thông qua nhiều kiểu ngôn ngữ (LADDER, STL, FBD), có thể thay đổi chương trình điều khiển một cách đơn giản, khả năng truyền thông mạnh với môi trường bên ngoài (với PC, PLC ), gọn nhẹ, làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt đã làm cho mọi quá trình sản xuất trở nên đơn giản và hiệu quả Tạo nên mối liên kết giữa điều khiển quá trình sản xuất và quản lý kinh doanh (hệ điều khiển giám sát thu thập số liệu - SCADA) SIMATIC S7-200 là một thiết bị lập trình với những tính năng mạnh, nhanh, linh hoạt thể hiện ở tập lệnh đầy đủ, khả năng kết nối đa điểm (MPI), tốc độ xử lý lệnh cực nhanh, nhiều modul mở rộng với phạm vi ứng dụng cao Cùng với tiện ích HMI và phần mềm STEP 7 đã tạo nên mối hệ ngày càng thân thiện giữa con người và các thiết bị công nghiệp

Qua 5 năm được học tập và đào tạo tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng chuyên ngành Điện- Tự động hóa đã giúp em có được những nền tảng kiến thức

quan trọng để phục vụ sản xuất và góp phần công sức của mình trong công cuộc Công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước Được sự đồng ý của Thầy Nguyễn Hoàng Mai, em đã nhận đề tài: "Thiết kế giám sát và điều khiển trạm trộn bê tông 30m3/h dùng PLC S7-200 " để làm Đồ án tốt nghiệp và hoàn thành chương trình đào tạo Kỹ sư tại Trường Với những số liệu được lấy tại Trạm trộn bê tông của Công ty xây dựng số 4 thuộc Tổng Công ty xây dựng Bình Lợi – Quảng Bình em đã hoàn thành việc thiết kế, điều khiển và giám sát trạm trộn bê-tông tại Công ty Với những kết quả đạt được đã giúp em hoàn thành báo cáo này

Với khoảng thời gian có hạn cũng như kiến thức còn hạn chế nên đề tài của em còn rất nhiều thiếu sót Vì vậy, em rất mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến

để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong trường cũng như khoa Điện nói chung và các thầy, các cô trong bộ môn Tự động hoá - Đo lường nói riêng đã giúp đỡ em nhiều kiến thức trong những năm qua và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Hoàng Mai đã giúp em hoàn thành đồ án này

Đà nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2011

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm và phân loại bê tông

1.1.1 Khái niệm

Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước Trong đó cát,

đá chiếm 80%÷85%, xi măng chiếm 8%÷15%, còn lại là khối lượng nước Ngoài ra còn có thêm phụ gia vào để thoả mãn yêu cầu đặt ra

Hỗn hợp vật liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông, hỗn hợp bê tông phải có độ dẻo nhất định, tạo hình và dầm chặt được dễ dàng

1.1.2 Phân loại

 Theo cường độ ta có:

- Bê tông thường có cường độ từ 150 ÷ 400 daN/cm2

- Bê tông chất lượng cao có cường độ từ 500 ÷ 1400 daN/ cm2

 Theo loại kết dính:

- Bê tông xi măng, bê tông silicát, bê tông thạch cao, bê tông polime, bê tông đặc biệt

 Theo loại cốt liệu:

- Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt

 Theo phạm vi sử dụng:

- Bê tông thường được dùng trong kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn) Bê tông thuỷ công dùng để xây đập Bê tông đặc biệt, bê tông chịu nhiệt, bê tông chống phóng xạ

1.2 Vật liệu làm bê tông

1.2.1 Xi măng

Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng xen giữa các hạt cốt liệu, đồng thời tạo ra tính linh động của bê tông (được đo bằng độ sụt nón) Mác của xi măng được chọn phải lớn hơn mác của bê tông cần sản xuất, sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chất của nó ảnh hưởng lớn đến cường độ của bêtông

Tùy yêu cầu của loại bê tông có thể dùng các loại xi măng khác nhau, có thể dùng xi măng pooc- lăng, xi măng pooc- lăng bền sunfat, xi măng pooc lăng xủ, xi măng puzolan và các chất kết dính khác để thoả mãn yêu cầu của chương trình

1.2.2 Cốt liệu cát

Cát để làm bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ (0,14÷5)

mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), từ (0,15÷4,75) mm theo tiêu chuẩn Mỹ, từ (0,08÷5) mm TCVN Lượng cát khi trộn với xi măng và nước, phụ gia phải được tính toán hợp lý, nếu nhiều cát quá thì tốn xi măng không kinh tế và ít cát quá thì cường độ bê tông giảm

1.2.3 Cốt liệu đá dăm hoặc sỏi

Sỏi có mặt tròn, nhẵn, độ rộng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước, tốn ít

xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường

độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm Ngược lại đá dăm được đập vỡ có nhiều góc cạnh, diện tích mặt ngoài lớn và không nhẵn nên lực dính bám với vữa xi măng lớn tạo ra được bê tông có cường độ cao hơn

1.2.4 Nước

Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảo dưỡng bê tông) phải đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và thời gian rắn chắc của xi măng và không ăn mòn thép Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng và lượng nước do cốt liệu Lượng nước trong bê tông xác định tính chất của hỗn hợp

bê tông

Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước bẩn nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong một lít nước Tuy nhiên cường độ bê tông sẽ giảm và không được sử dụng trong bê tông cốt thép

1.2.5 Phụ gia

Phụ gia là các chất vô cơ hoặc hoá học khi cho vào bê tông sẽ cải thiện tính chất của hỗn hợp bê tông hoặc bê tông cốt thép Có nhiều loại phụ gia cho bê tông để cải thiện tính dẻo, cường độ, thời gian rắn chắc hoặc tăng độ chống thấm Thông thường phụ gia sử dụng có hai loại: Loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt

1.3 Tổng quan về trạm trộn bê tông

1.3.1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bê tông

Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ tự động hóa cao thường được

sử dụng phục vụ cho các công trình vừa và lớn hay cho một khu vực có nhiều công trình đang xây dựng

Trước đây khi khoa học kĩ thuật chưa phát triển, máy móc còn nhiều lạc hậu thì việc có được một khối lượng bê tông lớn chất lượng tốt là điều rất khó khăn Chính

vì vậy việc thiết kế những dây chuyền bê tông tự động là điều cần thiết cho mỗi công trường cũng như ngành xây dựng trong nước

Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính: Bộ phận chứa vật liệu và nước, bộ phận định lượng và máy trộn Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và các phễu chứa trung gian

1.3.2 Cấu tạo chung của trạm trộn

Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính: Bãi chứa cốt liệu, hệ thống máy trộn bê tông và hệ thống cung cấp điện

1.3.2.1 Bãi chứa cốt liệu

Bãi chứa cốt liệu là một khoảng đất trống dùng để chứa cốt liệu (cát, đá to đá nhỏ) ở đây cát, đá to, đá nhỏ được chất thành các đống riêng biệt Yêu cầu đối với bãi chứa cốt liệu phải rộng và thuận tiện cho việc chuyên chở cũng như lấy cốt liệu đưa lên máy trộn

1.3.2.2 Hệ thống máy trộn bê tông

Hệ thống máy trộn bê tông bao gồm hệ thống thùng chứa liên kết với hệ thống định lượng dùng để xác định chính xác tỉ lệ các loại nguyên vật liệu cấu tạo nên bê tông Băng tải dùng để đưa cốt liệu vào thùng trộn và máy bơm nước, máy bơm phụ gia, xi lô chứa xi măng, vít tải xi măng, thùng trộn bê tông, hệ thống khí nén Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và phễu chứa trung gian

-Nhà máy sản xuất bê tông năng suất lớn (60÷120 m3/h)

1.4.1 Trạm cố định

Trạm phục vụ cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ đồng thời cung cấp bê tông phục vụ trong phạm vi bán kính làm việc hiệu quả Thiết bị của trạm được bố trí theo dạng tháp, một công đoạn có ý nghĩa là vật liệu được đưa lên cao một lần, thao tác công nghệ được tiến hành Thường vật liệu được đưa lên độ cao từ (18÷20m) so với mặt đất, chứa trong các phễu xi măng (chứa trong xi lô)

Trong quá trình dịch chuyển xuống chúng được đi qua cân định lượng sau đó đưa vào máy trộn Điểm cuối cùng của cửa xả bê tông phải cao hơn miệng cửa nhận của thiết bị nhận bê tông Trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn bê tông nào chỉ cần chúng đảm bảo mối tương quan về năng suất với các thiết bị khác Để phục vụ cho công trình yêu cầu khối lượng bê tông lớn, tập trung, đường xá vận chuyển thuận lợi, cự ly vận chuyển dưới 30 km thì sử dụng trạm này là kinh tế nhất

1.4.2 Trạm tháo lắp di chuyển được

Dạng này có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng, di động phục vụ một số vùng hay công trình lớn trong một thời gian nhất định Thiết bị công nghệ của trạm thường được bố trí dạng 2 hay nhiều công đoạn, nghĩa là vật liệu được đưa lên cao nhờ các thiết bị ít nhất là 2 lần Thường trong giai đoạn này phần định lượng riêng và phần trộn riêng, giữa hai phần được nối với nhau bằng thiết bị vận chuyển (gàu vận chuyển, băng tải xe, xe vận chuyển)

Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băng chuyền vào các phễu riêng biệt sau đó là quá trình định lượng Tiếp theo vật liệu được đưa lên cao lần nữa để cho vào máy trộn

Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn nào miễn

là đảm bảo mối tương quan về năng suất và chế độ làm việc của các thiết bị khác Cửa xả phải cao hơn cửa nhận bê tông của thiết bị vận chuyển (nếu tháp cao hơn phải đưa lên cao một lần nữa) So với dạng cố định loại trạm này có độ cao nhỏ hơn nhiều (từ 7m÷10m) nhưng lại chiếm mặt bằng khá lớn Phần diện tích dành cho khu vực định lượng, phần diện tích dành cho trộn bê tông và phần nối giữa hai khu vực dành cho vận chuyển Trên thực tế, tổng mặt bằng cho loại trạm này nhỏ hơn vì chúng có sản lượng nhỏ hơn nên bãi chứa cũng nhỏ hơn

1.5 Hệ thống trộn

1.5.1 Cấu tạo chung của các máy trộn

Nhìn chung các máy trộn bê tông có nhiều loại và có tính năng khác nhau nhưng cấu tạo chung của chúng đều có các bộ phận:

-Bộ phận cấp liệu: Bao gồm máng cấp liệu và các thiết bị định lượng thành phần cốt liệu khô như đá, cát, sỏi, xi măng

-Bộ phận thùng trộn

-Bộ phận đỡ sản phẩm

-Hệ thống cấp nước

1.5.2 Phân loại máy trộn

Căn cứ theo phương pháp trộn ta chia thành hai nhóm: Nhóm máy trộn tự do và nhóm máy trộn cưỡng bức

 Nhóm máy trộn tự do

Các cánh trộn được gắn trực tiếp vào thùng trộn, khi thùng trộn quay các cánh trộn sẽ quay theo và nâng một phần các cốt liệu lên cao, sau đó để chúng rơi tự do xuống phía dưới thùng trộn trộn đều với nhau tạo thành hỗn hợp bê tông

Loại máy này có cấu tạo đơn giản, tiêu hao năng lượng ít nhưng thời gian trộn lâu và chất lượng hỗn hợp bê tông không tốt bằng phương pháp trộn cưỡng bức

 Nhóm máy trộn cưỡng bức

Theo nguyên lý hoạt động máy trộn cưỡng bức có hai loại: Máy trộn cưỡng bức liên tục và máy trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ

-Máy trộn cưỡng bức liên tục:

Quá trình nạp trộn và xả bê tông diễn ra đồng thời, loại máy này vật liệu vào liên tục do các cánh trộn có hướng thích hợp nên vừa trộn vừa chuyển dịch về phía xả, được dùng để sản xuất bê tông và vữa xây dựng có năng suất trộn từ 5 m3/h ÷ 60

m3/h thậm chí 120 m3/h Thường các loại máy này được tổ hợp trong các trạm trộn

vì ở đó yêu cầu lượng bê tông và vữa lớn, số mác hạn chế

-Máy trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ:

Quá trình làm việc của máy diễn ra theo trình tự: Nạp liệu, trộn xả bê tông Loại này dùng để sản xuất bê tông với thời gian trộn nhanh, chất lượng cao Thời gian hoàn thành một mẻ trộn không đến 90s Các máy này có dung tích nạp liệu từ 250

lít ÷ 600 lít, thích hợp cho các trạm trộn riêng lẻ, phục vụ nhiều loại công trình khác nhau

1.6 Thành phần vật liệu của bê tông - Mác bê tông

Thành phần vật liệu của bê tông đóng vai trò quyết định đến chất lượng hay quyết định đến cường độ chịu lực cũng như mác của bê tông Từ thực nghiệm người

ta đã xác định được mác của bê tông ứng với từng loại vật liệu nhất định với một tỉ

lệ xác định, ngược lại từ mác của bê tông người ta dễ dàng tra được tỉ lệ thành phần trong bê tông Sau đây là một trong số mác bê tông ghi lại được tại trạm trộn bê

tông Xí nghiệp xây dựng số 4 Công ty xây dựng Bình Lợi

Bảng 1.1: Bảng thành phần cấp phối vật liệu theo trọng lượng

FDN 2002A

Độ sụt (mm)

Dung trọngKg/m

3

200 250 850 1100 180 1.00 60÷20 2387

1.7 Nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông

1.7.1 Một số qui định vận hành trạm

1.7.1.1 Chuẩn bị đầy đủ vật liệu, xi măng và nước

Bãi chứa cốt liệu: Từ bãi chứa cốt liệu cát và đá Vật liệu được đưa xuống 2 thùng chứa riêng biệt chờ để tiến hành cân

Bộ phận định lượng: Phân phối liệu gồm 2 phễu: một phễu đá và một phễu cát, định lượng 3 cảm biến trọng lượng Việc đóng, mở các phễu được điều khiển bằng các xi lanh khí nén riêng biệt Phía dưới các phễu là một thùng, đáy được mở nhờ một xi lanh khí nén lần lượt xả cát và đá xuống thùng cân, sau khi cân xong thì cốt liệu được chờ để xả xuống gàu

Chuyển xi măng lên xi lô: Xi măng được đưa lên xi lô chứa bằng cách bơm xi măng từ xe chở xi măng chuyên dụng lên xi lô Xi măng được đưa lên miệng xi lô

nhờ trục vít xoắn hướng trục với xi lô chứa Từ miệng xi lô chứa xi măng được vận chuyển tới cân định lượng rồi xả vào thùng trộn

Gàu dùng để vận chuyển cốt liệu từ thùng cân cốt liệu vào cối trộn

1.7.1.2 Khởi động trạm theo thứ tự

- Khởi động động cơ trộn

- Khởi động máy nén khí

- Khởi động gàu (chạy thử) chưa có vật liệu

- Kiểm tra các van, khởi động bơm nước cho tuần hoàn nước

- Tiến hành định lượng vật liệu để trộn bằng hệ thống điều khiển:

+ Cân vật liệu

+ Cân nước, cân xi măng

Lưu ý: Trước khi vận hành phải bấm chuông báo hiệu đảm bảo an toàn

1.7.1.3 Thứ tự dừng trạm

- Thứ tự dừng trạm ngược lại với quá trình khởi động

- Không để tồn đọng vật liệu, xi măng trong phễu chứa, phễu lưu, vệ sinh sạch

buồng trộn bằng nước

1.7.2 Chế độ điều khiển tự động

Chế độ này người vận hành chỉ cần nhấn nút Start trên bàn điều khiển Động cơ trộn bê tông cho chạy ở chế độ không tải Máy sẽ tự động cân đo các khối lượng

nguyên vật liệu, ở đây thực hiện phương pháp cân riêng lẻ

Mở van xả cát, cát được xả xuống băng tải để đưa lên thùng cân Đồng thời đá cũng xả để đưa lên thùng cân Tại thùng cân đá quá trình cân được thực hiện theo nguyên tắc cân cộng dồn:

Mcốt liệu = Mđá + Mcát

Trong quá trình cân cốt liệu đồng thời cân luôn xi măng, nước và phụ gia Xi măng từ xi lô được đưa vào thùng cân nhờ vít tải, khi khối lượng xi măng bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ vít tải Nước, phụ gia được bơm lên đưa vào thùng cân cho đến khi bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ bơm nước và phụ gia

Khi điều kiện thùng trộn “rỗng’, cửa xả thùng trộn “đóng”, thì cốt liệu và xi măng được đưa đổ vào thùng trộn bê tông bắt đầu quá trình trộn khô Sau thời gian trộn khô là 10s thì xả nước và phụ gia vào trộn, bắt đầu thời gian trộn ướt là 60s

(thời gian trộn một mẻ khoảng 90s) thì cửa xả thùng trộn mở ra, bê tông được xả vào xe chuyên dụng Sau thời gian xả khoảng 10s, đóng cửa xả bê tông lại kết thúc một mẻ trộn

Để chuẩn bị cho một mẻ trộn mới thì trong quá trình trộn bê tông và sau khi xả nguyên liệu: cát, đá, nước, xi măng và phụ gia tiếp tục được vận chuyển lên thùng cân để thực hiên mẻ trộn tiếp theo Khi số mẻ bằng số mẻ đặt thì dừng hết quá trình cân lại

1.7.3 Chế độ điều khiển bằng tay

Ở chế độ điều khiển bằng tay,người vận hành gạt công tắc cân vật liệu xuống OFF, quan sát số liệu cân bằng thiết bị hiển thị trên bàn điều khiển hoặc quan sát trên màn hình phần mềm

Nhấn nút CHẠY động cơ trộn

Đưa tay gạt sang chế độ hoạt động bằng tay (Hand), gạt chuyển mạch đóng mở cửa xả sang vị trí “STOP”, khi cần điểu khiển, gạt chuyển mạch sang vị trí đóng hoặc mở cửa xả để đóng, mở cửa xả

Nhấn nút cấp cát, đồng thời cấp luôn xi măng, nước, phụ gia Người vận hành theo dõi số cân hiển thị trên máy tính, khi đủ theo yêu cầu thì người vận hành thả nút ấn ra để dừng quá trình cấp Khi cốt liệu đã được cấp đủ đưa chúng vào thùng trộn Lúc này nhấn nút xả cốt liệu đồng thời nhấn nút xả xi măng Do động cơ trộn luôn chạy trong quá trình hoạt động nên sau khi xả xong cốt liệu, xi măng coi như máy đang trộn bê tông khô, thời gian trộn ướt được bắt đầu tính khi xả nước và phụ gia Sau khi trộn ướt mẻ bê tông đã được hoàn thành, người vận hành chỉ việc nhấn nút xả bê tông

Không để chuyển mạch đóng mở cửa xả ở vị trí “tự động” vì khi đó có thể bê tông sẽ bị xả theo chế độ tự động trong khi chưa cân đủ nước hoặc đủ xi măng

1.8 Một số qui định an toàn trong vận hành trạm

1.8.1 Trước khi vận hành

Các cụm máy được tiếp đất theo qui định của ngành điện buộc phải kiểm tra trước khi vận hành

Các tiếp điểm dùng để đấu điểm, cầu dao điện phải có vỏ bọc che chắn đảm bảo

an toàn về điện trước khi vận hành

Nếu trời vừa mưa xong, muốn vận hành phải kiểm tra các cụm máy, các khu vực

có điện, cầu dao điện, hộp điện các động cơ… nếu thấy ướt phải làm khô trước khi vận hành

Các cụm lan can cầu thang, tay vịn của trạm được lắp ráp đầy đủ trước khi vận hành

Trạm có sử sụng máy nén khí nhất thiết phải sử dụng trong thời gian đăng kiểm

an toàn cho phép

Các cụm máy làm việc ở trạng thái bình thường không có sự cố, kiểm tra siết chặt toàn bộ các bu lông liên kết quan trọng như: Khoá cáp, bu lông thùng trộn, bu lông treo các đầu cân… để tránh trường hợp bị tuột hoặc lỏng khi làm việc

Trước khi vận hành, chú ý kiểm tra các phương tiện phòng cháy chữa cháy Trong cabin điều khiển luôn có sẵn 2 bình CO2 hoặc bình bọt phòng cháy

1.8.2 Trong khi vận hành

Trong khi vận hành, tất cả các công nhân làm việc phải tuân thủ theo các qui định, qui chế về an toàn lao động, không tự ý bỏ đi xa vị trí làm việc Trong khi làm việc phải mang đầy đủ các dụng cụ bảo hộ lao động theo qui định: găng tay, mũ và tuân thủ theo sự chỉ huy của trạm trưởng

Không đứng dưới khu vực gàu chuyển động và khu vực xả bê tông, xi măng (không đứng dưới khu vực tháp trộn)

Muốn điều chỉnh phải dừng hẳn máy, sau khi chỉnh xong mới cho vận hành trở lại

Nếu có hoả hoạn xảy ra, trong mọi tình huống phải xử lý ngay bằng các phương tiện phòng cháy chữa cháy sẵn có và báo cho cứu hoả

Những người trong trạng thái thần kinh không bình thường, say rượu… không được vận hành máy

Những người không có nhiệm vụ, không được tự ý đi lại dưới khu vực trạm đang hoạt động

1.8.3 Sau khi vận hành

Dừng máy theo qui định đặt ra

Ngắt điện cầu dao và che kín tránh nước mưa

Làm sạch các vị trí làm việc để xe kíp chạy vào đúng khu vực phía dưới, làm sạch buồng trộn

Tắt điện toàn bộ khu vực trạm, kiểm tra tiếp đất cụm chống sét, khoá cửa cabin

và bàn giao cho bảo vệ các thiết bị

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Yêu cầu công nghệ của các thiết bị lắp đặt trạm trộn bê tông

2.1.1 Yêu cầu công nghệ của cối trộn

Khi động cơ trộn quay, qua hộp giảm tốc nó kéo trục chính cối trộn quay Trên trục chính có gắn các cánh trộn, các cánh trộn quay trong cối trộn sẽ đảo đều vật liệu trong cối trộn

Thời gian trộn có thể kéo dài từ 30 đến 60 giây tùy theo người vận hành đặt + Yêu cầu chiều quay cánh trộn :

- Đây là chuyển động quay theo một chiều

- Không cần ổn định tốc độ

- Mômen quay lớn

- Làm việc liên tục trong cả ca sản xuất

+ Yêu cầu đối với động cơ kéo cánh trộn:

- Làm việc trong chế độ dài hạn

- Không cần ổn định tốc độ

- Động cơ trộn có các thông số : P =18,5 KW , n = 1460 vòng/phút

+ Yêu cầu điều khiển :

Khi khởi động trạm trộn, động cơ trộn hoạt động đầu tiên, ta phải chắc chắn các thiết bị khác trong trạm sẵn sàng hoạt động, các cửa xả sẵn sàng( khí nén đủ ), nguyên vật liệu đủ, xe gàu ở vị trí chờ nhận cốt liệu, cửa xả bê tông ở vị trí đóng, nguồn điện cấp cho các thiết bị khác đã có đủ, các yêu cầu về mác bê tông, số lượng

bê tông cần trộn rõ ràng

2.1.2 Yêu cầu công nghệ của xe gàu kéo Cốt liệu

Cấu tạo là một thùng rỗng có miệng đễ hứng cốt liệu , có cửa xả cốt liệu, di chuyển lên- xuống trên 2 thanh ray và được một tời kéo

Hoạt động: Ở đầu chu kỳ hoạt động gàu nằm ở vị trí chờ cốt liệu từ thùng cân rơi xuống, khi khối lượng vật liệu đã đủ nó được tời kéo liệu kéo lên vị trí xả cốt liệu vào cối trộn nếu lúc đó cửa xả bê tông đã đóng, động cơ trộn còn đang làm việc và

số mẻ trộn còn tiếp tục Nếu cối trộn đang bận thì gàu sẽ chờ ở vị trí chờ xả cốt liệu Sau khi xả hết cốt liệu nó lại đi xuống vị trí chờ xả cốt liệu

+ Yêu cầu chuyển động:

Dừng khi:

- Đợi xả cốt liệu từ thùng cân Cốt liệu

- Chờ kết thúc chu kì trộn của mẻ trước

- Chờ đổ hết cốt liệu vào cối trộn

Đi lên khi:

- Không có lệnh dừng để đợi

- Trọng lượng cốt liệu trong thùng đã đủ

Đi xuống khi:

- Đã đổ hết cốt liệu vào cối trộn

+Yêu cầu về động cơ:

-Làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

-Có đảo chiều quay

-Khởi động trong chế độ đầy tải

-Không cần ổn định tốc độ trong xuốt quá trình làm việc

+ Động cơ có P = 15 KW, n = 1460 v/phút

2.1.3 Yêu cầu công nghệ của vít tải xiên

Chuyên dùng để vận chuyển vật liệu rời, tơi, xốp, dẻo như xi măng, cát, bột theo phương ngang hay nghiêng đến 200 Với cự ly chuyển tới 30 - 40m có năng suất đến 20 - 40m3/h

Vít tải (Hình 2-1) gồm vỏ thép 4, trục dẫn động cơ gắn vít vận chuyển 3, các ổ đỡ

5, phểu nạp 6 và cửa đỡ liệu 7 Trục vít quay nhờ động cơ điện 1 qua hộp giảm tốc

2 Khi quay vít vật liệu không quay theo chiều ngang của vít mà bị cuốn theo do đó

có sự chuyển động tương đối giữa vật liệu và vít tải

Vít tải có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn, vật liệu được che kín nên không thất thoát và gây ô nhiễm môi trường

+Yêu cầu về chuyển động:

- Không đảo chiều quay

- Không ổn định tốc độ

- Chỉ hoạt động khi cấp xi măng lên thùng cân

+ Yêu cầu về động cơ:

- Động cơ có công suất P = 11 KW, n = 1460 vòng / phút

- Hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại

- Không đảo chiều quay

- Không ổn định tốc độ trong quá trình làm việc

2.1.4 Yêu cầu công nghệ của hệ thống truyền động khí động học

- Nhóm các phần tử xử lý gồm: van điều khiển hướng, phần tử logic,

- Nhóm các phần tử sau cùng gồm: xi lanh tác động, động cơ khí nén…

Các phần tử trong hệ thống được biểu diễn bằng các ký hiệu, các ký hiệu cũng thể hiện một cách vắn tắt chức năng của các phần tử Sự kết hợp các phần tử khí nén theo một logic sẽ thực hiện các chức năng theo yêu cầu

2.1.4.2 Yêu cầu công nghệ máy nén khí

Máy nén khí tạo ra nguồn khí có áp suất cao, cấp cho các pitông đóng mở cửa xả

đá, xả cát, xả cốt liệu, xả nước, xả ximăng và bê tông Trong trạm trộn máy nén khí

còn phải làm việc trước cả cối trộn Máy sẽ tự dừng hoạt động khi áp suất trong

Các van solenoid là các thiết bị tác động đến đường dẫn các dòng khí Tác động

có thể là: cho phép khí lưu thông đến các đường ống dẫn khí, ngắt các dòng không khí khi cần thiết bằng cách đóng các đường dẫn hoặc phóng thích không khí vào trong khí quyển thông qua cổng thoát

Van solenoid được đặc trưng bằng số các đường dẫn được điều khiển, cũng chính là số cổng của van và số vị trí chuyển mạch của nó Cấu trúc của van là yếu tố quan trọng ảnh hưởng về các đặc tính của dòng chảy của van, chẳng hạn như lưu lượng, sự suy giảm áp suất và thời gian chuyển mạch

động lên cơ cấu đóng cửa thông khí của van

 Yêu cầu công nghệ của các van xả đá, cát, cốt liệu, bê tông và nước

Các cửa xả cốt liệu được đóng mở nhờ lực của các pittông khí nén Quá trình đóng

mở này phải thật chính xác về thời gian thực Nếu sai, khối lượng vật liệu cho vào trộn sẽ

sai và ta không khống chế được mác bêtông cũng như khối lượng một mẻ trộn

2.1.4.4 Các bộ phận dẫn động khí nén

Bộ phận dẫn động là thiết bị ở đầu ra dùng để chuyển đổi nguồn năng lượng khí nén cung cấp thành cơ năng Tín hiệu ngõ ra được điều khiển bởi hệ thống điều khiển và các bộ phận dẫn động sẽ đáp ứng theo tín hiệu điều khiển thông qua các phần tử điều khiển sau cùng

Các bộ phận dẫn động khí nén được chia làm hai nhóm dựa theo chuyển động của chúng: nhóm chuyển động thẳng và nhóm chuyển động quay

a Đặc tính kỹ thuật của xi lanh

Đặc tính kỹ thật của xi lanh có thể xác định bằng lý thuyết hoặc bằng các số liệu

do nhà sản xuất cung cấp Cả hai phương pháp đều được chấp nhận, nhưng một cách tổng quát thì các số liệu của nhà sản xuất có liên quan đến đặc điểm cấu tạo và ứng dụng của từng piston

- Lực tác động của piston:

Lực tác động của piston phụ thuộc vào các yếu tố: Áp suất không khí nén, đường kính xi lanh và sự ma sát của các bộ phận làm kín Về lý thuyết, lực piston được tính gần đúng theo công thức:

p A

F th 

Trong đó:

+ Fth: lực piston (N)

+ A: diện tích tác dụng của piston (m2)

+ P: áp suất hoạt động (Pa)

- Chiều dài của hành trình:

Chiều dài của hành trình xi lanh khí nén loại có thanh piston không quá 2m và loại không có thanh piston không quá 10m

- Tốc độ piston:

Tốc độ của các xi lanh khí nén phụ thuộc vào tải, áp suất khí nén, chiều dài đường ống, diện tích mặt cắt ngang giữa phần tử điều khiển sau cùng và phần tử làm việc cũng như lưu lượng chảy qua phần tử sau cùng Thêm vào đó tốc độ piston chịu tác động bởi bộ phận giảm chấn ở vị trí cuối

Tốc độ trung bình của piston với xi lanh tiêu chuẩn khoảng 0,11,5m/s Đối với các xi lanh đặc biệt tốc độ piston có thể lên tới 10m/s

Tốc độ piston có thể điều tiết bằng van tiết lưu một chiều và có thể gia tăng tốc

độ bằng van xả khí nhanh

- Lượng tiêu thụ không khí nén:

Trong việc xử lý không khí nén và khi xem xét các yếu tố liên quan đến giá thành năng lượng tiêu thụ Điều quan trọng là phải biết sự tiêu thụ không khí của hệ thống Lượng tiêu thụ không khí được tính bằng công thức:

Lượng tiêu thụ không khí = (Tỉ số nén) x (Diện tích piston) x (Chiều dài hành trình)

b Phân loại xi lanh

 Xi lanh tác dụng đơn

Trong xi lanh tác dụng đơn không khí nén chỉ tác dụng vào một phía của piston, phía còn lại thông với khí quyển Xi lanh chỉ tạo ra công theo một chiều Chuyển động trở lại của piston là do tác động của lò xo nén hay của ngoại lực

Hình 2.3: Xi lanh tác dụng đơn Loại xi lanh này chỉ có hành trình piston lên tới xấp xỉ khoảng 80mm

Xi lanh tác dụng đơn có cơ cấu và vận hành đơn giản nên hoạt động chắc chắn

và với đặc điểm là hành trình piston ngắn nên loại xi lanh này được sử dụng rộng

rãi trong nhiều ứng dụng (Kẹp chặt các chi tiết , các tác động cắt , đẩy các bộ phận , các tác động nén, ép )

 Xi lanh tác dụng kép

Nguyên tắc cấu tạo của xi lanh tác dụng kép tương tự như xi lanh tác dụng đơn Tuy nhiên trong xi lanh tác dụng kép không có lò xo trở về và hai cổng của xi lanh vừa có chức năng là cổng nạp vừa có chức năng là cổng xả

Ưu điểm của xi lanh này là có khả năng sinh công ở hai chiều chuyển động

Về nguyên tắc, chiều dài hành trình của xi lanh là không giới hạn nhưng khi thanh piston dài cần phải xem xét sự cong vênh, sự uống dọc trong hành trình duỗi của piston

Hình 2.4: Xi lanh tác động kép

2.1.4.5 Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén:

a Ưu điểm:

- Không khí có sẵn ở mọi nơi, không giới hạn về số lượng

- Không khí có thể được truyền tải dễ dàng bằng hệ thống ống, ngay cả khi khoảng cách truyền tải lớn

- Không khí nén có thể lưu trữ được trong bình chứa và lấy ra sử dụng khi cần thiết vì vậy máy nén không cần phải làm việc liên tục Ngoài ra bình chứa khí có thể

di chuyển đến nhiều nơi khi có yêu cầu

- Không khí nén tương đối ít nhạy cảm với sự dao động nhiệt độ Điều này làm cho sự hoạt động của hệ thống trở nên đáng tin cậy khi làm việc ở những điều kiện khắc nghiệt

- Khí nén là khí sạch nếu bị rò rỉ ở các bộ phận hoặc đường ống sẽ không gây ô nhiễm môi trường

- Cấu tạo các phần tử tương đối đơn giản vì vậy giá thành tương đối thấp

- Không khí nén là phương tiện làm việc với đáp ứng rất nhanh nên tốc độ làm việc có thể lên rất cao

- Các thiết bị và công cụ vận hành bằng khí nén khi hoạt động quá tải có thể ngưng hoạt động nhưng không gây ra hư hỏng

b Nhược điểm

- Không khí nén cần phải được xử lý tốt nếu không sẽ có bụi và các chất ngưng

tụ trong khí nén

- Tốc độ của piston trong xi lanh khí nén không phải luôn luôn là hằng số

- Hệ thống khí nén chỉ có tính kinh tế khi làm việc ở yêu cầu về lực xác định Lực tác động của các phần tử tác động phụ thuộc rất lớn vào áp suất cũng như hành trình và tốc độ của piston

- Không khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn, vì vậy cần phải xử lý tiếng ồn

- Phương tiện truyền tải khí nén có giá thành tương đối cao

2.1.5 Yêu cầu về công nghệ định lượng vật liệu

2.1.5.1 Giới thiệu về Loadcell

Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưa biết Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỉ lệ với mức độ thay đổi của điện trở Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầu Wheatstone

2.1.5.2 Nguyên lý hoạt động

Cầu Wheatstone là mạch được chọn dùng nhiều nhất cho việc đo những biến thiên điện trở nhỏ (tối đa là 10%), chẳng hạn như việc dùng các miếng đo biến dạng Phần lớn các thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đều không ít thì nhiều dùng phiên bản của cầu Wheatstone đã được sàng lọc Như vậy, việc tìm hiểu nguyên lý

cơ bản của loại mạch này là một điều cần thiết

Cho một mạch gồm bốn điện trở giống nhau R1, R2, R3, R4 tạo thành cầu Wheatstone như trên hình trên Đối với cầu Wheatstone này, bỏ qua những số hạng bậc cao, hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là:

- ∆Ri là biến đổi đơn vị của mỗi điện trở Ri

- R là điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1, R2, R3, R4 (thường là

120 ohms, nhưng có thể là 350 ohms dành cho các bộ cảm biến)

- V là điện áp nguồn

Hình 2.5: Mạch cầu Wheatstone Điện áp nguồn có thể thuộc loại liên tục với điều kiện là dùng một nguồn năng lượng cung cấp thật ổn định Các thiết bị trên thị trường đôi khi lại dùng nguồn cung cấp xoay chiều Trong trường hợp đó phải tính đến việc sửa đổi mạch cơ bản

để có thể giải điều chế thành phần xoay chiều của tín hiệu

Trong phần lớn các trường hợp, Zm rất lớn so với R (ví dụ như Volt kế số, bộ khuếch đại với phần nối trực tiếp) nên biểu thức trên có thể viết lại là:

kề bên nhau, ví dụ là R1 và R2, lại là trừ khử nhau Đặc tính này của cầu Wheatstone thường được dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt của các mạch miếng

đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt

2.1.5.3 Một số Loadcell thực tế

Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques Inc, Tedea – Huntleigh Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell

có màu sắc khác nhau Có thể kể ra như sau:

Các màu sắc này đều được cho trong bảng thông số kỹ thuật khi mua từng loại loadcell

Bảng 2.1: Bảng kí hiệu màu dây loadcell

Trong thực tế còn có loại loadcell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầu dây Sơ

đồ nối dây của loại loadcell này có thể có hai dạng như sau:

Hình 2.6: Các dạng nối dây của loadcell Như vậy, thực chất loadcell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở cả hai cách nối ta tìm hiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -veInput (Exc-) và -veSense (Sense-) là nối tắt

Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau Do đó cách kết nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp

Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi loadcell và thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giá trị này có thể là từ 2 miliVolt/Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tuỳ loại

Tên tín hiệu Màu Hoặc Hoặc Hoặc

Sig+ Xanh Xanh Trắng Xanh lá cây

Sig- Trắng Trắng Đỏ Xanh dương

loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải (Với giá trị điện áp ra danh định là 2miliVolt/Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện áp ra sẽ là 20 miliVolt ứng với khối lượng tối đa) Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng

2.1.5.4 Giới thiệu load cell sử dụng trong đồ án này VLC-100H

Loadcell VLC-100 do công ty Virtual Measurements & Control LLC (CA,USA) sản xuất Thông số của Loadcell được tải tại trang chủ www.virtualmc.com

Bảng 2.2: Bảng thông số và kí hiệu dây của loadcell VLC- 100H

Dải nhiệt độ tác động 15PPM/oC of Applied load

Ảnh hưởng nhiệt độ tại zero 26PPM/oC of Applied load

Dải nhiệt độ hoạt động -20 oC - +60 oC

Dải nhiệt độ bù -10 oC - +40 oC

Tổng trở đầu vào 385±15Ω

Quá tải chịu được 150%F.S

Hình 2.7: Hình ảnh loadcell VLC- 100H

2.1.6 Yêu cầu công nghệ của bơm nước

Bơm là máy thủy lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng ở đầu đường ống

để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp suất ở 2 đầu đường ống Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từ các nguồn động lực khác

Điều kiện làm việc của máy bơm rất khác nhau (trong nhà, ngoài trời, độ ẩm, nhiệt độ ) và bơm phải chịu được tính chất lý, hoá của chất lỏng cần vận chuyển

Bơm nước cấp nước từ bể chứa lên thùng cân nước Đây là hoạt động không đảo chiều quay và có dừng chính xác

+ Yêu cầu về động cơ kéo máy bơm nước

- Không ổn định tốc độ

- Chỉ quay theo một chiều

- Làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

+ Động cơ có thông số P = 3 KW, n = 1460 vòng/phút

2.1.7 Yêu cầu công nghệ của đầm rung

Đầm rung là động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc, hai đầu rô to có gắn các vành lệch tâm, khi quay hai vành lệch tâm này tạo ra sự rung động rất lớn Nếu ta gắn đầm rung vào cửa xả cốt liệu, với lực rung như vậy các cửa xả sẽ không bị tắc

+ yêu cầu về đầm rung

- Không ổn định tốc độ

- Chỉ quay theo một chiều

- Làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

+ Động cơ có thông số P = 2 KW, n = 1460 vòng/phút

 Căn cứ vào thực nghiệm và yêu cầu công suất của trạm trộn bê tông tại Xí nghiệp xây dựng số 4 Công ty Bình Lợi ta có bảng công suất của các động cơ sau:

Bảng 2.3: Bảng công suất động cơ dùng cho trạm trộn bê tông

STT Động cơ Công suất(KW) U (VAC) n(vòng/phút)

2.2 Tính toán mạch động lực và các thiết bị điện cho trạm trộn bê tông

2.2.1 Tính toán hệ thống cung cấp điện cho hệ thống trạm trộn

Điện áp được đưa vào trạm trộn được lấy từ lưới điện trung áp cấp cho nhà máy qua trạm phân phối trung tâm và đưa tới trạm biến áp của trạm trộn bằng cáp ngầm Điện áp

từ lưới trung áp là 22 KV sau khi qua trạm biến áp hệ thống được giảm xuống 0,4kv Điện áp sau khi biến áp được cung cấp cho các phụ tải có công suất sau

Hình 2.8: Sơ đồ cung cấp điện cho trạm trộn bê tông

a Tính chọn MBA cho trạm biến áp hạ áp

18,5 15 11 3 2

60,875( )

TT TT

+ Cos =0,8 là hệ số cos tính cho toàn động cơ

Do sử dụng một máy biến áp nên ta chọn công suất

Sđm  STT

Ta chọn công suất MBA

Sđm = 100 KVA - 22/0,4 KV do ABB chế tạo

Để trạm trộn hoạt động liên tục, khi xảy ra mất điện thì trạm đã lắp một máy phát điện dự phòng

b Lựa chọn dao cắt phụ tải:

dm 100

4.55( )22

tt dm

S

U

Dòng điện ngắn mạch qua máy cắt = 4.55(A) Ta lựa chọn dao cắt phụ tải do ABB chế tạo

Loại Uđm Dòng làm việc Giới hạn dòng cắt Dòng xung

c Chọn tủ động lực

Chọn Aptomat tổng.: 100

147.06( )3.0, 4 3.0, 4

MBA tt

DC tt

vit tt

vit tt

Chọn Aptomat máy nén khí có dòng định mức Iđm ≥ 1.2Itt → Iđm= 10A

Chọn khởi động từ có dòng định mức Iđm = 12A

 Aptomat máy rung cát

2

3, 61( ) 3.0, 4 os 3.0, 4.0,8

SVTH: Đặng Xuân Duy – Lớp 06D2 Trang 27

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

2.2.2 Chức năng từng phần tử trong sơ đồ mạch động lực

Toàn bộ hệ thống điện có 6 động cơ công suất từ nhỏ đến lớn, đều dùng nguồn 3 pha, với các động cơ nhỏ như động cơ bơm nước, khí nén, rung cát ta có thể khởi động trực tiếp và không cần dùng Role nhiệt bảo vệ Các động cơ còn lại có công suất lớn hơn, ta phải có biện pháp giảm dòng khởi động và phải có Role nhiệt bảo vệ quá tải

- 3 Aptomat 10 A: Cắt, đóng và bảo vệ ngắn mạch cho động cơ bơm nước (công suất

P = 3KW), máy nén khí (công suất P = 2KW) và máy rung cát

- 6 Aptomat 10 A: Cắt, đóng và bảo vệ ngắn mạch cho cuộn hút của các van điều khiển bằng khí nén

- Khởi động từ K1 100A đóng cắt và bảo vệ quá tải động cơ thùng trộn

2 khởi động từ 50A, K2 và K3 cắt, đóng nguồn và bảo vệ quá tải động cơ kéo gàu K2 cấp nguồn cho động cơ chạy thuận (kéo gàu đi lên) K3 cấp nguồn cho động cơ chạy nghịch (kéo gàu đi xuống)

- Khởi động từ 30 A, K3 cắt, đóng nguồn và bảo vệ quá tải động cơ kéo vít tải xiên

- Khởi động từ 12A, K4 cắt, đóng nguồn và bảo vệ qúa tải cho máy bơm nước

- Khởi động từ 12A, K5 cắt, đóng nguồn và bảo vệ quá tải cho máy nén khí

- Khởi động từ 12A, K6 cắt, đóng nguồn và bảo vệ qúa tải cho máy rung

- Khởi động từ 10A, K7, cắt đóng nguồn và bảo vệ quá tải cho cuộn hút van điện khí nén đóng mở cửa xả Đá

- Khởi động từ 10A, K8 cắt, đóng nguồn và bảo vệ quá tải cho cuộn hút van điện khí nén đóng mở cửa xả Cát

- Khởi động từ 10A, K9 cắt, đóng nguồn và bảo vệ quá tải cho cuộn hút van địên khí nén đóng mở cửa xả Cốt liệu

- Khởi động từ 10A, K10 cắt, đóng nguồn và bảo vệ quá tải cho cuộn hút van điện khí nén đóng mở cửa xả Xi măng

- Khởi động từ 10A, K11 cắt, đóng nguồn và bảo vệ quá tải cho cuôn hút van điện khí nén đóng mở cửa Nước

- Khởi động từ 10A, K12 cắt, đóng nguồn và bảo vệ quá tải cho cuộn hút van điện khí nén đóng mở cửa xả bê tông

2.2.2.2 Các thiết bị đóng cắt mạch điện

a Công tắc

Là khí cụ đóng- cắt bằng tay hoặc bằng tác động cơ khí ở lưới điện hạ áp

Việc đóng, ngắt các tiếp điểm cũng có thể theo các nguyên tắc cơ khí khác nhau

Sử dụng công tắc hành trình kiểu gạt có cần gạt với bánh xe ở đầu cần Khi bị gạt, cần gạt sẽ gạt sang trái hoặc sang phải và từ đó đóng hoặc ngắt tiếp điểm bên trong công tắc

b Nút ấn

Dùng để đóng- cắt mạch ở lưới điện hạ áp Nút ấn thường được dùng để điều khiển các rơ le, công tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ Sử dụng phổ biến nhất là dùng nút ấn trong mạch điều khiển động cơ để mở máy, dừng và đảo chiều quay

Nút ấn cũng có kiểu hở và kiểu được bảo vệ kín để chống bụi, nước, chống nổ và

có loại có cả đèn báo để trạng thái của nút ấn

c Relay đóng cắt

Rơle là loại khí cụ điện tự động dùng để đóng- cắt mạch điện điều khiển hoặc mạch bảo vệ để liên kết giữa các khối điều khiển khác nhau, thực hiện các thao tác logic theo một quá trình công nghệ

 Rơle điện từ: là loại rơle đơn giản nhất và dùng rộng rãi nhất, làm việc dựa trên

nguyên lý điện từ và về kết cấu nó tương tự như công tắc tơ nhưng dùng đóng- cắt mạch điện điều khiển, không trực tiếp dùng trong mạch lực

 Rơ le trung gian: Khuyếch đại các tín hiệu điều khiển, nó nằm ở vị trí giữa hai

rơle khác nhau Số lượng tiếp điểm (tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường mở) của rơle trung gian thường nhiều hơn các loại rơle khác

 Rơle dòng điện: Bảo vệ mạch điện khi dòng điện trong mạch vượt quá hay giảm

dưới một trị số nào đó đã được chỉnh định trong rơle

 Rơle điện áp: Bảo vệ các thiết bị điện khi điện áp đặt vào thiết bị tăng quá hoặc

giảm quá mức qui định Cuộn điện áp được mắc song song với mạch điện của thiết bị điện cần bảo vệ

+Rơle điện áp chia ra 2 loại theo nhiệm vụ bảo vệ:

- Rơle điện áp cực đại: nắp từ động không quay ở điện áp bình thường Khi điện áp tăng quá mức, lực từ thắng lực cản lò xo, nắp từ động sẽ quay và rơle tác động

-Rơle điện áp cực tiểu: nắp từ động sẽ quay ở điện áp bình thường Khi điện áp

giảm quá mức, lực lò xo thắng lực từ, nắp từ động sẽ quay ngược và rơle tác động

Do đó, với cách bố trí được trình bày trên hình a, các tín hiệu nhập đối với kênh nhập đơn của PLC có các mức logic như sau:

+ Không có chi tiết : 0

+ Có chi tiết : 1

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý CTHT Mức 1 có thể tương ứng với tín hiệu nhập 24VDC, mức 0 tương ứng với tín hiệu nhập 0V Với cách bố trí được trình bày trên hình b, khi công tắc mở, điện áp được cung cấp cho đầu vào của PLC, khi công tắc đóng điện áp vào sụt đến giá trị thấp Các mức logic là:

+ Không có chi tiết : 1

Igh= (1,25÷1,45)IđmNhược điểm: Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, dây chảy đứt, người vận hành phải thay dây chảy cầu chì do đó ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy

Việc để cho người vận hành thay dây chảy cầu chì là tạo cho người vận hành chấp hành không đúng dẫn đến làm sai

Điện áp nguồn PLC

Kênh nhập a)

Điện áp nguồn

PLC Kênh nhập b)

b Rơ le nhiệt

Dùng để bảo vệ các thiết bị điện (động cơ) khỏi bị quá tải Rơ le nhiệt có dòng điện làm việc tới vài trăm Ampe, ở lưới điện một chiều 440V và xoay chiều tới 500V, tần số 50Hz

Trong thực tế sử dụng, dòng điện định mức của rơle nhiệt thường được chọn bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần được bảo vệ quá tải, sau đó chỉnh giá trị của dòng điện tác động là:

Khoá liên động đặc biệt ngăn ngừa bộ cách li hoạt động trong khi có tải Các điều kiện

khoá liên động phải được xác định theo sơ đồ trạm

2.2.2.4 Thiết bị đo lường

Trong quá trình vận hành đóng cắt cần đo đạc ghi chép và đánh giá nhiều đại lượng như dòng điện, điện áp, công suất

Để làm được việc này hệ thống sơ cấp phải có các máy biến dòng, máy biến điện áp chúng có thể đặt trên thanh góp hoặc các nhánh, tủ điều khiển hoặc bàn điều khiển Việc lắp các thiết bị đo lường này nhằm mục đích người vận hành có thể quan sát được các hiển thị trên tủ điều khiển tại buồng điều khiển tại chỗ hoặc trung tâm điều khiển, trên các đồng hồ đo như: Đồng hồ đo dòng (Ampemet), đồng hồ đo áp (Volmet) để tránh các sự cố xảy ra như hiện tượng quá tải

2.3 Đặt vấn đề về hệ điều khiển trạm trộn bê tông được trình bày trong đồ án

Sau khi nghiên cứu và khảo sát thực tế trạm trộn bê tông ở Xí nghiệp xây dựng số 4 thuộc Công ty Bình Lợi hiện đang hoạt động phục vụ sản xuất cho Công trình đập thủy lợi tại Thị trấn Nông trường Việt Trung – Huyện Bố Trạch – Tỉnh Quảng Bình chúng em xin trình bày hệ điều khiển trạm trộn bê tông như sau:

-Đây là 1 trạm trộn sản xuất ra loại bê tông tươi (chất kết dính xi măng)