ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH PLC CHO ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA XÂY DỰNG

Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ tự động hoá cao thường được sử dụng phục vụ cho các công trình vừa và lớn, hay một khu vực có nhiều công trình đang xây dựng.. Nếu trộn bê

PHẦN I Nghiên cứu điều khiển PLC

I 1 PLC Siemens S7-200

I 1 1 Giới thiệu phần cứng

PLC, viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình

S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng Siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau

Hình 1 Kết nối PLC với máy vi tính qua giao thức PPI

I 1 2 Sơ đồ cấu trúc

Hình 2 Cấu trúc PLC

Cấu trúc PLC S7-200 gồm 3 phần chính:

+ Bộ xử lý trung tâm (CPU)

+ Bộ nhớ (Memory Area)

+ Bộ vào và ra (Input Area và Output Area)

v Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214 vv

I 1 3 CPU 212

Hình 3 CPU 212 họ S7-200 của SIEMENS

- 512 từ đơn tức là 1kbyte để lưu giữ chương trình thuộc miền nhớ đọc ghi được

và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng nhớ với tính chất như vậy gọi là vùng nhớ non-volatile

- 8 cổng vào và 6 cổng ra logic

- Có thể ghép nối mở rộng thêm hai modul mở rộng để tăng thêm số cổng vào ra, bao gồm cả cổng vào ra tương tự

- Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra

- 64 bộ định thời gian (timer) trong đó có 2 bộ có độ phân giải là 1ms, 8 bộ có độ phân giải 10ms và 54 bộ có độ phân giải 100ms

- 64 bộ đếm (counter) chia làm hai loại : loại chỉ đếm tiến là loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi

- 368 bit nhớ đặc biệt, sử dụng các bít trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc

- Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz)

- Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn nuôi

- 4 kbyte từ đơn thuộc bộ nhớ đọc ghi được để lưu dữ liệu, trong đó 1kbyte từ đầu thuộc vùng nhớ non-volatile

- 14 cổng vào và 10 cổng ra logic

- Có thể mở rộng được 7 modul vào ra bao gồm cả modul tương tự

- Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra

- 128 bộ định thời gian chia ra làm ba loại theo độ phân giải khác nhau : 4 bộ

có độ phân giải 1ms, 16 bộ có độ phân giải 10ms, 108 bộ có độ phân giải 100ms

- 128 bộ đếm chia làm hai loại : loại chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi, 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2 kHz và 7 kHz

- 688 bít nhớ dùng để thay đổi trạng thái và đặt chế độ làm việc

- Các chế độ ngắt và xử lý ngắt bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung

- 2 bộ phát xung nhanh cho kiểu xung PTO hoặc kiểu xung PWM

- Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn nuôi

* Hệ thống các đèn báo trên CPU 214 :

- SF : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng, đèn sáng lên khi PLC có hỏng hóc

- RUN : đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy

- STOP : đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng, dừng chương trình đang thực hiện lại

- Ix x : đèn xanh ở cổng nào chỉ định trạng thái tức thời ở cổng Ix x, đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng vào

- Qx x : đèn xanh ở cổng nào chỉ định trạng thái tức thời ở cổng Q x x, đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng ra

* Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC :

Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của CPU, có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC

- RUN : cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN

- STOP : cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy mà chuyển sang chế độ STOP ở chế độ này PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới

- TERM : cho phép máy lập trình quyết định một chế độ làm việc cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP

Hình 5 Sơ đồ các chân đầu vào và ra của CPU 214 AC/DC/Relay

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 với cáp nối PC/PPI và cạc chuyển đổi RS-232 /RS-485

Hình 6 Kết nối CPU 214 với máy tính qua cáp PC/PCI

* Pin và các nguồn nuôi:

Sử dụng nguồn nuôi để ghi chương trình hoặc nạp chương trình mới có thể là nguồn trên mạng hoặc nguồn pin

* Nút điều chỉnh tương tự :

Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh các biến cần thay đổi và sử dụng trong chương trình Nút chỉnh Analog được nắp dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra Thết bị chỉnh định có thể quay 270 độ

a Bộ nhớ

* Bộ nhớ của S7-200 được chia làm 4 vùng có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn nuôi Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng loại trừ phần bit nhớ đặc biệt ký hiệu bởi SM (Specical memory) có thể truy nhập để đọc

* Phân chia bộ nhớ gồm :

+) Vùng chương trình có tác dụng lưu chương trình điều khiển (chỉ có 1 chương trình)

- Vùng dữ liệu có tác dụng lưu giữ các dữ liệu trong quá trình tính toán cũng như các kết quả trung gian Dữ liệu có thể ghi ở dạng bit, byte, word, từ kép tuỳ theo kiểu tín hiệu thông qua kí hiệu địa chỉ

- Vùng dữ liệu được chia làm nhiều vùng nhỏ:

+ Vùng nhớ biến (variable memory): V

+ Vùng nhớ đầu vào (input image register): I

+ Vùng nhớ đầu ra (input image register): Q

+ Vùng nhớ lưu giữ (Intermal memory bits): M

+ Vùng nhớ đặc biệt (Spencia memory): SM

* Để truy cập vùng nhớ ta phải tuân thủ theo đúng quy ước:

+) Dữ liệu kiểu bit quy ước như sau:

- Kí hiệu vùng nhớ + chỉ số byte + (.) + chỉ số bit

Ví dụ: V150.4 : Chỉ bits 4của byte 150 thuộc miền V

- Dữ liệu kiểu byte quy ước như sau:

Tên miền + B +địa chỉ byte trong miền

Ví dụ: QB6, MB14

- Dữ liệu kiểu Word quy ước như sau:

Tên miền + W + địa chỉ byte cao của từ trong miền

Ví dụ: VW12 (lấy địa chỉ ở byte 12, 13)

- Muốn truy nhập 32 bit ta kí hiệu như sau:

Tên miền + D + chỉ số byte cao

Ví dụ: MD1 (lấy địa chỉ ở byte 1, 2, 3, 4)

- Vùng tham số có tác dụng chứa các kí hiệu của câu lệnh các kí hiệu địa chỉ và các

từ khoá

- Vùng đối tượng có tác dụng tạo ra các rơle thời gian, các bộ đếm, mỗi rơle thời gian và bộ đếm có một vùng nhớ 16 bit để ghi số đếm thời gian, và 1 bit để ghi giá trị logic vì vậy số đếm trong thanh ghi tối đa là 32767 Ngoài ra vùng này còn chứa vùng nhớ đệm cửa vào ra tương tự, và các thanh ghi cũng như các bộ đếm tốc độ cao và được

kí hiệu các vùng theo các chữ:

+ Rơle thời gian: T

+ Bộ nhớ : C

+ Đệm cửa vào tương tự: AIW

+ Vùng đệm cửa ra tương tự: AQW

+ Thanh ghi: AC

+ Bộ đếm tốc độ cao: HC

b Bộ vào ra

PLC S7- 200 bao gồm các đầu vào tín hiệu số, các đầu ngắt và các đầu vào tương

tự Các đầu ra tín hiệu số kiểu rơ le và đầu ra tương tự

- Các cổng truyền thông :

PLC S7-200 sử dụng cổng truyền thống nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PC 702 hoặc với máy thuộc họ PC7 xx khác có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua cổng MPI

Hình 7 Sơ đồ chân cổng truyền thông RS 485

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 với cáp nối PC/PPI và cạc chuyển đổi RS-232 /RS-485

I 1 5 Mở rộng vào ra cho PLC

Hình 8 Modul mở rộng EM 222 của PLC

Để tăng số lượng đầu vào đầu ra hoặc các cửa vào ra tương tự ta sử dụng thêm khối mở rộng Số lượng khối mở rộng được quyết định bởi CPU, các khối này luôn được ghép bên phải khối cơ sở thông qua giắc cắm Trên khối mở rộng không ghi địa chỉ mà địa chỉ phải được xác định thông qua kiểu khối mở rộng và vị trí của khối mở

rộng với các khối cùng loại về phía bên trái Vì vậy cách xác định địa chỉ như sau:

- Địa chỉ được tính tăng dần chỉ số bắt đầu từ khối cơ sở

- Các byte đã sử dụng nhưng chưa hết các bít khi chuyển ra khối mới bắt đầu tính từ byte tiếp theo Với các khối vào ra tương tự luôn để hai byte để phân cách

CPU 214 được lắp cố định chắc chắn trên rail cùng với các modul mở rộng kết

nối với nhau bằng hệ thống bus

Hình 9 CPU 214 với các modul mở rộng

Địa chỉ đặt cho các modul mở rộng trên CPU 214 cho theo bảng dưới đây:

Bảng 1 Địa chỉ đặt cho các modul mở rộng CPU 214

I3 0 I3 7

AIW0 AIW2 AIW4

AQW0

Q3 0 Q3 7

AIW8 AIW10 AIW12

AQW4

I 2 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình của S7-200

I 2 1 Phương pháp lập trình

- S7-200 biểu diễn một mạch vòng logic cứng khác một dãy các lệnh lập trình Chương trình bao gồm 1 tập dãy các lệnh S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở tập lệnh cuối trong một vòng Một vòng như vậy gọi là vòng quét (Scan) Chu trình thực hiện là một chu trình lặp

Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC của SIEMENS nói chung dựa trên 2 phương pháp cơ bản :

- Phương pháp hình thang (Laddes logic:viết tắt là LAD)

- Phương pháp liệt kê lệnh (Statement List: Viết tắt là STL)

Nếu chương trình viết tắt theo kiểu LAD thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra 1 chương trình theo kiểu STL tương ứng Ngược lại không phải mọi chương trình được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển sang dạng LAD được Bộ lệnh của phương pháp STL có chức danh tương ứng như các tiếp điểm, các cuộn dây và các trường hợp dùng trong LAD

Những lệnh này phải độc và phối hợp được trang thái đầu ra hoặc 1 giá trị logic cho phép, hoặc không cho phép thực hiện chức năng của một hay nhiều hộp

a Phương pháp lập trình LAD

LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển kiểu role Trong chương trình LAD các phần tử biểu diễn lệnh như sau :

- Tiếp điểm là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm kiểu role Các tiếp điểm

đó có thể là thường đóng hoặc thường mở

- Cuộn dây (Coil) là biểu tượng mô tả rơ le được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho role

- Hộp (Box) là biểu tượng mô tả hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian, bộ đếm và các hàm toán học Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện

Mạng LAD là đường nối các phần tử thành 1 mạch hoàn thiện đi từ đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về của

nguồn cung cấp Dòng điện chạy từ trái qua phải các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn

b Phương pháp lập trình STL

Phương pháp liệt kê lệnh STL là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh, mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng PLC

Để tạo ra một chương trình STL, người lập trình cần hiểu rõ phương thức sử dụng ngăn xếp logic của S7-200 Ngăn xếp logic là một khối bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với đầu và bit thứ 2 của các ngăn logic

Bảng 2 Các bit của ngăn xếp lập trình STL

Bit đầu tiên của ngăn xếp S0

Phương pháp chung của 2 lệnh trên là truy nhập theo bit

VD:

LD I1.0

= Q0.1

Trước LD I1.0 Q1.0

· Các lệnh logic đại số Boolean

Các lệnh đại số Boolean cho phép tạo được các mạch logic ( không có nhớ ) Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng hay thường mở STL có thể sử dụng các lệnh A(and) và 0 (or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (and not ), ON ( ornot ) cho các hàm kín Giá trị ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh, toán hạng các lệnh trên I, Q, M ,N ,T , C ,

V

- Lệnh A (and)

Kiểm tra các điều kiện có thoả mãn hay không làm phép toán and giữa mạch logic của tiếp điểm và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp, kết quả được ghi vào bit đầu tiên trong ngăn xếp

C1 C2 C3 C4 C5

I1.0 C0 C1 C2 C3 C4

I1.0 C0 C1 C2 C3 C4

Kéo ngăn xếp lên 1 bit giá trị của bit sau được chuyển lên bit trước

Toán hạng của 5 lệnh OLD, ALD, LPS,LRS, LPP, là không có

* Chú ý: Sơ đồ LAD này không soạn thảo được các phần mềm hiện có Nó được dùng

ở đây để mô tả mạch logic của chương trình STL tương ứng bên cạnh Khi dùng các lệnh LPS, LPP, LRD bắt buộc phải viết trong STL

- Các lệnh ghi - xoá giá trị cho tiếp điểm

Lệnh S (Set) / R(Reset) dùng để đóng ngắt các tiếp điểm gián đoạn đã được thiết

kế Dùng để lưu giữ các kết quả của phép toán logic Trong LAD , logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt những cuộn dây đầu ra Khi dòng điều khiển đến các cuộn đây thì các cuộn đây đóng mở tiếp điểm ( hoặc một dây tiếp điểm ) Nếu Stack 0 có giá trị bằng ''1'' các lệnh S/R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dây tiếp điểm ( giới hạn từ 1

đến 55 ) Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi giá trị này Phương pháp truy nhập của 2 giá trị này là Byte, bit

- Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét

Dùng để kết thúc chương trình đang thực hiện và kéo dài khoảng thời gian một vòng quét

- Các lệnh điều khiển Timer

Timer là bộ thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn được gọi là khâu trễ

S7-200 có 64 Timer cới CPU 212 hoặc 128 Timer với CPU214 được chia làm 2 loại khác nhau đó là:

- Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (on delay Timer): TON

- Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive on delaytimer): TONR

Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phản ứng của

nó với tín hiệu đầu vào

- Lệnh TON

Khai báo Timer kiểu TON để tạo thời gian trễ tính từ đầu vào IN được kích Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T bit có giá trị logic bằng 1 Có thể Reset Timer kiểu TON bằng lệnh R hoặc bằng giá trị logic O tại đầu vào IN

Tạo thời gian trễ trong khoảng thời gian (miền liên thông )

Bảng 3 Tạo thời gian trễ

Độ phân giải Giá trị cực đại CPU 212 và CPU214 CPU214

NETWORK 2 K100

LD T37

= Q0.0

Hình 11 Truy nhập theo WORD

+Timer T33 có độ phân giải 10ms

+ Thời gian trễ T = 100 10 ms = 1s

+ Khi I0.0 đặt trạng thái "1"thì sau 1s Q0.0 sẽ có trạng thái "1"

+ Giản đồ thời gian tương ứng

I0.0 T37 (word) T37 ( bit)

và Q0.0

RESET nhớ tín hiệu vào

Hình 12 Giản đồ thời gian tương ứng

- Lệnh TONR

Khai báo Timer kiểu TONR để tạo thời gian trễ tính từ khi đầu vào IN được kích Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T bit có giá trị logic 1 Chỉ có thể logic Timer kiểu TONR bằng lệnh R cho T bit

Tạo thời gian trễ trong nhiều trường hợp khác nhau:

Bảng 4 Thời gian trễ theo lệnh TONR

Độ phân giải Giá trị cực đại CPU 212 và CPU214 CPU214

1ms 32,767 s T0 T64

10ms 327,67 s T1 - T4 T65 - T68

100ms 3276,7 s T5-T31 T69 -T95

Giản đồ thời gian tương ứng: CT1 có độ phân giải =100ms

Khoảng thời gian đặt trước T1+T2 =100*10ms +150*10ms

Vì vậy chúng được sử dụng rất linh hoạt và đa dạng trong thực tiễn Ngoài ra, hãng OMRON còn sản xuất các bộ PLC có cấu trúc cố định cho các công việc cụ thể nên không đòi hỏi tính linh hoạt cao

I 3 3 Các loại PLC của Trung Quốc

PLC của Trung Quốc sản xuất nội địa, có tính năng và cấu trúc lệnh tương tự như các loại của Đức, Nhật Bản, nhưng có giá thành và độ ổn định thấp hơn

Hình 15 Một loại PLC của Trung Quốc

PHẦN II Thiết kế điều khiển PLC cho trạm trộn bê tông

II 1 Khái niệm và chức năng của trạm trộn bêtông

Trạm trộn bêtông được chế tạo nhằm sản xuất ra bêtông với chất lượng tốt và đáp ứng nhanh nhu cầu về bêtông trong xây dựng

Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ tự động hoá cao thường được sử dụng phục vụ cho các công trình vừa và lớn, hay một khu vực có nhiều công trình đang xây dựng

Nếu trộn bê tông theo phương pháp thủ công thì tại hiện trường Cát, Đá, Nước đong bằng đơn vị thể tích (xô, thùng), xi măng là loại vật liệu đắt tiền phải đong bằng kg hay đong bằng bao Đầu tiên người ta đổ cát vào sân, trộn cát và xi măng vào trước, sau khi cát xi măng đều màu thì tiếp tục cho đá vào Khi cho đá và xi măng cát, vừa cho vừa đảo đều khi không đồng đều, dùng xẻng, cuốc vào và trộn đều Thời gian trộn cốt bê tông thì không quá 15 – 20 phút

Nếu trộn bê tông bằng máy các nguyên vật liệu được cân đo tự động bằng cân điện

tử rất chính xác và được trộn bằng máy, do đó thời gian để trộn một mẻ bê tông chỉ mất khoảng 1 phút

Máy trộn bê tông theo 2 phương pháp: Trộn rơi tự do và trộn cưỡng bức

Trộn rơi tự do: Quá trình xảy ra tích cực nhờ được các dòng vật liệu đa chéo nhay do cánh trộn và thành thùng trộn được lên cao rồi rơi xuống Máy trộn rơi tự do gồm một thùng trộn (hình quả trám, quả đào, tang trống) quay xung quanh một trục nằm ngang hoặc nằm nghiêng (khoảng 15 phút) phía trong có cánh trộn

Trộn cưỡng bức: Là dùng lực ngoài làm chuyển động cánh trộn, qua đó tiến hành trộn bê tông Máy trộn gồm một thùng trộn, trong có hai trục đăthực hiện thẳng đứng hay nằm ngang, trên có cánh trộn Khi trục quay thì công việc trộn được tiến hành

Là loại máy tốn năng lượng nhưng năng suất cao Bê tông chất lượng đáp ứng được nhu cầu của thực tế sản xuất, dùng nhiều ở các trạm sản xuất bê tông

Máy trộn cưỡng bức có hai loại: Trộn cưỡng bức liên tục và trộn cưỡng bức theo chu

kỳ

Máy trộn cưỡng bức liên tục: Quá trình nạp trộn và xả bê tông diễn ra đồng thời, loại này trộn vật liệu vào và liên tục, do các cánh trộn có hướng thích hợp nên vừa trộn vừa dịch chuyển về phía xả, được dùng để sản xuất bê tông và vữa xây dựng, có năng xuất trộn từ 5m3/h - 60m3/h thậm chí 120m3/h Thường các máy này được tổ hợp trong các trạm trộn vì ở đó yêu cầu chatá lượng bê tông và vữa lớn, số mác hạn chế

Máy trộn cưỡng bức làm viêc theo chu kỳ: quá trình làm việc của máy diễn ra theo trình tự: Nạp liệu, trộn và 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 bê tông không đến 90 giây Các máy này có dung tích nạp liệu từ 250-600 lít, thích hợp cho các trạm trộn riêng lẻ, phục vụ nhiều loại công trình khác nhau

Trong thực tế khu nhu cầu trộn bê tông lớn hơn 9m3/h hay 1500m3 /tháng thì phải thành lập trạm trộn bê tông trong nhà máy hay phân xưởng

II 1 1 Phân loại trạm trộn:

Trạm loại nhỏ, dung tích thùng trộn nhỏ hơn hay bằng 1000 lít

Trạm loại trung bình, dung tích thùng trộn đến 4000 lít

Trạm loại lớn, dung tích thùng trộn đến 4000 lít

Phân loại nhà máy trộn bê tông

Nhà máy cỡ nhỏ, có sản lượng nhỏ hơn 40.000m3/năm

Nhà máy cỡ trung bình, có sản lượng tử 40.000m3/năm đến 120.000m3/năm

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

Công nghệ sản xuất bê tông và vữa nói chung tương tự nhau: Vật liệu sau khi định lượng đưa vào trộn đều Trong trường hợp kết hợp sản xuất bê tông và vữa xây dựng được đưa vào trộn đều Trong trường hợp kết hợp sản xuất bê tông và vữa sử dụng trong một dây truyền thì có thể giảm được 32% diện tích mặt bằng, từ 30%-35% công nhân, từ 8%-19% vốn đầu tư thiết bị Một nhà máy bê tông vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông và vữa cung cấp không quá 300.000m3 /năm

Có hai dạng trạm trộn: Trạm cố định và tháo lắp di chuyển được

§ Trạm cố định: Trạm phù hợp cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ, đồng thời cung cấp bê tông phục vụ cho phạm vi bán kính làm việc hiệu quả Thiết bị của trạm được bố trí theo dạng tháp, một công đoạn có nghĩa là vật liệu được đưa lên cao một lầm, trên đường rơi tự do các 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 xilô) Trong quá trình dịch chuyển xuống chúng được đi qua định lượng sau đó đưa vào máy trộn Điểm cuối cùng của cửa cả bêtông phải cao hơn miệng cửa nhận của thiết bị nhận bêtông Trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn bêtông nào, chỉ cần chúng đảm bảo mối tương quan về năng suất với các thiết bị khác Để phục vụ cho công tác bêtông yêu cầu khối lượng lớn, tập trung, đường xá vận chuyển thuận lợi, cự

ly vận chuyển dưới 30 km tình hình sử dụng trạm này là kinh tế nhất Trong trường hợp vừa có các công trình tập trung yêu khối lượng lớn, vừa có các điểm xây dựng phân tán, đặc trưng cho các đô thị Việt Nam cần sử dụng sơ đồ hỗn hợp: Vừa cấp hỗn hợp khô cho các công trình nhỏ, phân tán đường xá lưu thông kém Nếu cung cấp bêtông thì phải dùng ôtô trộn còn cung cấp hỗn hợp khô thì việc trộn sẽ được tiến hành trên đường xá lưu thông kém Nếu cung cấp bê tông thì phải dùng ôtô trộn còn cung cấp hỗn hợp khô thì việc trộn sẽ được tiến hành trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ

bê tông

§ Tháo lắp di chuyển được:

ª Dạng này có thể tháo lắp dễ dàng, di động phục vụ một số vùng hay công

trình lớn trong 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 ở gia đoạn này phần định lượng riêng và phần trộn riêng, giữa hai phần được nối nhau bằng thiết bị vận chuyển (gầu vận chuyển, băng tải, xe vận chuyển…)

ª Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băng truyền …vào

các phễu riêng biệt, sau đó là quá trình định lượng Tiếp theo vật liệu được đưa lên cao lần nữa để cho máy trộn Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp đặt 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 bê tông phải cao hơi cửa nhận của thiết bị vận chuyển (nếu thấp 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 diện tớch mặt bằng khỏ lớn: Phần diệc tớch dành cho khu vực định lượng, phần diện tớch dành cho trộn bờ tong và phần nối giữa hai khu vực dành cho vận chuyển Trờn thực tế, tổng mặt bằng cho loại trạm này nhỏ hơn

vỡ chỳng cú sản lượng nhỏ hơn nờn bói chứa cũng nhỏ hơn

ê Khi xõy dựng cỏc cụng trỡnh phõn tỏn, đường xấu, lưu thụng xe khụng tốt

thường sử dụng cỏc trạm trộn di động hoặc cung cấp bờ tụng khụ trờn cỏc ụ tụ trộn

…Việc trộn được tiến hành trờn đường vận chuyển hay tại nơi đổ bờ tụng

II 2 Cấu tạo chung:

a Sơ đồ cụng nghệ trạm trộn bờ tụng:

Máy nén khí cửa1 cửa2 cửa3

Vít tải đứng

Hỡnh 16 Sơ đồ trạm trộn bờ tụng

b Bói chứa cốt liệu:

Là một khoảng đất trống đủ rộng, dựng để chứa cốt liệu (cỏt, đỏ to, đỏ nhỏ) Ở đõy cỏt, đỏ to, đỏ nhỏ được chất thành cỏc đống riờng biệt Yờu cầu đối với bói chứa cốt liệu phải rộng và thuận tiện cho việc chuyờn chở cũng như lấy cốt liệu phải rộng và thuận tiện cho việc chuyờn chở cũng như lấy cốt liệu đưa lờn mỏy trộn

c Hệ thống mỏy trộn bờ tụng:

Bao gồm hệ thống thùng chứa liên kết với hệ thống cân định lượng dùng để xác định chính xác tỷ lệ các loại nguyên vật liệu cấu tạo nên bê tông Động cơ kéo xe skíp dùng

để đưa cốt liệu vào thùng trộn, máy bơm nước, máy bơm phụ gia, xilô chứa xi măng, vít tải xi măng, thùng trộn bê tông với những mác xác định

II 3 Nguyên lý hoạt động chung của một trạm trộn bê tông

Để sản xuất ra bê tông từ các loại nguyên vật liệu xây dựng bằng máy trộn bê tông cần làm các công việc sau:

Các loại vật liệu cấu tạo nên bê tông như: Cát, đá to, đá nhỏ, xi măng, nướcvà phụ gia được chuyển đến trạm trộn bê tông, trong đó cát, đá to, đá nhỏ (cốt liệu) được để riêng biệt ở bãi chứa cốt liệu Cốt liệu được máy xúc lật đưa lên đầy các thùng phễu riêng rẽ, chờ để thả xuống thùng cân cốt liệu Xi măng được đưa lên lô chứ xi măng trên cao Phụ gia và nước được bơm đầy vào các tét chứa chuyên dụng chờ để cân định lượng

Lúc này trạm trộn bê tông đã ở trạng thái sẵn sàng làm việc tự động

Từ máy tính người vận hành nhập số liệu mác bê tông (chính là tỷ lệ khốia lượng giữa các loại nguyên vật liệu), và các dữ liệu quản lý hành chính như tên lái xe, biển số

xe, ngày giờ xuất hàng…

Sau đó tới tủ điều khiển người vận hành chọn chế độ hoạt động cho máy là tự động hay bằng tay

Nếu ở chế độ tự động người vận hành chỉ còn thao tác nhấn nút khởi động trên bàn điều khiển, sau đó máy tự động cân đo khối lượng các loại nguyên vật liệu theo đúng tỷ

lệ đã đặt trước, băng truyền chuyển cốt liệu vào thùng trộn, xi măng được xả máy thực hiện quá trình trộn khô, hết thời gian trộn khô máy xả nước cùng phụ gia, quá trình trộn ướt bắt đầu, hết thời gian trộn ướt, máy xả bê tông xuống các xe chứa và báo cho người vận hành biết khi kết thúc công việc

Còn ở chế độ bằng tay người vận hành có thể điều khiển hoàn toàn các quá trình hoạt động của máy

Ví dụ như: Người vận hành nhấn nút cấp xi măng thì máy lập tức xả xi măng xuống thùng cân, khối lượng cua xi măng được người sử dụng theo dõi trên bộ phận hiển thị

và khi đủ khối lượng cần thiết người vận hành nhấn nút để ngừng quá trình cấp xi măng Tương tự như vậy người vận hành có thể thao tác trộn hoàn tất một mẻ bê tông

II 4 Thiết kế mạch điều khiển và mạch lực

II 4 1 Yêu cầu của hệ điều khiển của trạm trộn bê tông tươi

Từ đặc điểm của công nghệ trộn bê tông tươi ta giải quyết hệ điều khiển với nguyên lý hoạt động như sau:

Từ trên máy tính mác của bê tông (tỷ lệ khối lượng các nguyên vật liệu) được truyền xuống PLC, cùng các thông số: số mẻ trộn, bảng số liệu về thời gian xả các loại nguyên vật liệu và bê tông, số liệu hiệu chỉnh sai số khối lượng khi cân Dựa vào các số liệu được chuyển xuống từ chương trình điều khiển trên máy tính, chương trình PLC điều khiển trực tiếp hoạt động của trạm trộn ở các chế độ sau:

II 4 2 Chế độ hoạt động bằng tay

Ở chế độ này người vận hành hoàn toàn làm chủ quá trình hoạt động của máy

Để máy có thể hoàn tất một mẻ bê tông tươi người vận hành sẽ thao tác như sau trên bàn điều khiển

sẽ đến quá trình đưa chúng vào thùng trộn bê tong với các thao tác sau: Nhấn nút chạy xe skíp trở cốt liệu, chờ ổn định (khoảng 2 giây) và 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 và xi măng coi như máy đang trộn bê tông khô

Sau khoảng thời gian trộn khô người vận hành nhấn nút xả nước và phụ gia bắt đầu quá trình trộn ướt Sau thời gian trộn ướt mẻ bê tông đã được hoàn thành người vận hành chỉ việc nhấn nút xả bê tông

Kể từ lúc này máy hoạt động hoàn toàn tự động Ban đầu cửa cát sẽ được mở

ra, cát đổ xuống thùng se skíp cân đối cốt liệu khối lượng cát tăng dần cho tới khi đạt được khối lượng đạt cửa thùng cát sẽ tự động đóng lại kết thúc quá trình cân cát cho một mẻ Do quá trình cân cốt liệu (cát, đá nhỏ, đá to) thực hiện theo nguyên tắc cộng dồn trên cùng một cân nên phải sau khi cấp cát xong 2 giây sau

ta mới có thể cấp tiếp đá nhỏ sau đó là đá to (dừng 2 giây để ổn định cân và hệ thống) Trong khi mở cửa cấp cốt liệu động cơ tạo dung cũng được khởi động, hoạt động cho tới khi ngừng cấp

Để đảm bảo thời gian trộn 1 mẻ là nhỏ nhất thì trong lúc đang cân cốt liệu, xi măng cũng được vít tải xi măng đưa lên thùng cân xi măng cho tới khi khối lượng xi măng bằng khối lượng đặt thì ngừng chạy vít tải Nước và phụ gia cũng được bơm cấp theo nguyên lý trên

Nếu thùng trộn đang không trộn và cửa xả của thùng trộn đã đóng thì cốt liệu

và xi măng sẽ được tự động đưa vào thùng trộn theo cách sau: Se skíp trở cốt liệu chạy sau 1 giây thùng cân cốt liệu mở cửa xả, cốt liệu theo băng truyền đổ xuống thùng trộn Đồng thời cửa xả thùng cân xi măng được mở xả xi măng xuống thùng trộn, quá trình trộn khô bắt đầu

Sau thời gian trộn khô (được nhập xuống từ máy tính), nước và phụ gia được

xả vào thùng trộn quá trình trộn ướt bắt đầu hết thời gian trộn ướt cửa xả bê tông