ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LOGIC Đề tài Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
----🙢🕮🙠----

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động

Giảng viên hướng dẫn

: ThS. Bùi Văn Vũ

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Văn Ninh

Mã số sinh viên

: 4151170006

Lớp

: Kỹ thuật điện K41A

Quy Nhơn, 09/2021


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Ninh
Khoá: 41
Khoa: Kỹ thuật và Công nghệ
Ngành: Kỹ thuật điện
I. Đề tài thiết kế:
Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
II. Các số liệu ban đầu
Hệ thống thực tế
III. Nội dung thiết kế

- Tổng quan về hệ thống trộn bê tông tự động
- Bộ điều khiển PLC S7 (1200, 1500)
- Lập trình điều khiển hệ thống trộn bê tơng tự động
- Điều khiển và giám sát hệ thống trộn bê tông tự động bằng WinCC.
Quy Nhơn, 15 tháng 09 năm 2021
TRƯỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ThS. Bùi Văn Vũ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian tiến hành nghiên cứu và làm mơ hình với đề tài là “Ứng dụng
PLC S7-1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động” nhờ sự hướng dẫn giúp đỡ
nhiệt tình của thầy Bùi Văn Vũ cùng với sự đóng góp ý kiến của các bạn sinh viên trong
lớp, đến nay em đã hoàn thành đồ án này.
Do hiểu biết của bản thân cịn có nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những thiếu
sót. Vì vậy em rất mong được q thầy cơ và các bạn đóng góp ý kiến bổ sung, sửa chữa
để đồ án này được hoàn chỉnh hơn.
Điều cuối cùng mà em nhận được sau khi hoàn thành đồ án này đó là những kiến
thức cần thiết mà các thầy cơ giáo đã tận tình truyền đạt trong suốt thời gian ngồi trên
giảng đường đại học để làm hành trang sau này em bắt tay vào công việc thực tiễn.
Qua đây em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy Bùi Văn Vũ cùng các bạn trong
lớp những người đã nhiệt tình giúp đỡ em hồn thành đồ án này một cách hoàn thiện và
sớm nhất.
Em xin chân thành cảm ơn!

Bình Định, ngày 05 tháng 12 năm 2021
SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Văn Ninh

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG

i

DANH MỤC CÁC HÌNH

ii

MỞ ĐẦU

1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỘN BÊ TÔNG TỰ ĐỘNG 3
1.1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống trộn bê tông tự động:

3

1.1.1. Giới thiệu một số hệ thống và phương pháp trộn bê tông hiện nay

3

1.1.2. Kết luận

6

1.2. Giới thiệu hệ thống trộn bê tông tự động:

6

1.2.1. Mô hình chi tiết của hệ thống trộn bê tơng tự động

6

1.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống

7

1.2.3. Nguyên lý của hệ thống được thể hiện lại dưới dạng sơ đồ khối:

8

1.3. Chọn công nghệ và thiết bị cho hệ thống:

9

1.3.1. Các công nghệ phổ biến hiện nay

9

1.3.2. Chọn thiết bị và thiết bị bảo vệ cho hệ thống

10

1.3.3. Tính tốn áp tơ mát (MCCB) tổng

17

1.3.4. Tính chọn bộ khởi động mềm

19

1.3.5. Van đóng mở

20

1.3.6. Rơle

21

1.3.7. Đèn báo trạng thái

21

1.3.8. Tính tốn lựa chọn Contactor

22

1.3.9. Nút nhấn

24

1.3.10. Kết luận chương 1

24

Chương 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200

25

2.1. Tổng quan PLC S7-1200:

25

2.1.1. Khái niệm PLC

25

2.1.2. Ưu điểm của PLC

25

2.1.3. Cấu trúc PLC

26


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
2.1.4. Một số dịng CPU S7-1200 thơng dụng

26

2.2. Module phần cứng của PLC S7-1200

27

2.2.1. Mô-đun CPU xử lý trung tâm

27

2.2.2. Module tín hiệu SM

27

2.2.3. Module xử lý truyền thơng

28

2.2.4. Các module đặc biệt và module SB

29

2.2.5. Kiểu dữ liệu của S7 – 1200

31

2.3. Phần mềm lập trình PLC S7-1200

31

2.3.1. Ngơn ngữ lập trình PLC S7-1200

31

2.3.2. Giới thiệu về phần mềm tia portal

31

2.3.3. Biểu tượng của phần mềm tia portal v16

31

2.3.4. Kết luận chương 2

38

Chương 3: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN BÊ TÔNG TỰ
ĐỘNG DÙNG PLC S7-1200
39
3.1. Mạch động lực

39

3.2. Cấu hình vào/ra

41

3.3. Sơ đồ nối dây

43

3.4. Sơ đồ khối và lưu đồ thuật toán của hệ thống trộn bê tơng

43

3.5. Lập trình điều khiển hệ thống

46

3.5.1. Hàm chính

46

3.5.2. Hàm startup

48

3.5.3. Chế độ tự động (FC_TU_DONG)

49

3.5.4. Hàm đọc giá trị cân loadcell

54

3.5.5. Chế độ bằng tay

55

3.5.6. FC_Output

58

3.5.7. Chế độ mô phỏng (Simulation)

61

3.6. Kết quả mô phỏng dùng phần mềm WinCC:

65

3.6.1. Giới thiệu WinCC

65

3.6.2. Tạo giao diện cho hệ thống trộn bê tông tự động bằng phần mềm WinCC

65

3.6.3. Giao diện khởi động mô phỏng

66


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
3.6.4. Kết quả mô phỏng

69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

76

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

77


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thông số các loại Mác trộn

7

Bảng 1.2. Tính chọn khởi động mềm hãng ABB

19

Bảng 3.1. Ký hiệu sơ đồ mạch động lực hệ thống

40

Bảng 3.2. Khai báo địa chỉ đầu vào PLC

41

Bảng 3.3. Khai báo địa chỉ đầu ra PLC

42

1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Trộn bê tơng bằng tay.

4

Hình 1.2. Trộn bê tơng bán tự động (bằng máy trộn).

5

Hình 1.3. Hệ thống trộn bê tơng tự động.

6

Hình 1.4. Mơ hình chi tiết hệ thống.

7

Hình 1.5. Sơ đồ khối ngun lý của hệ thống trộn bê tơng tự động.

9

Hình 1.6. Máy trộn hãng JS2000.

11

Hình 1.7. Động cơ kéo băng tải.

12

Hình 1.8. Máy bơm nước KTZ 45.5.

14

Hình 1.9. Máy nén khí JS – 10AT.

15

Hình 1.10. Xilo xi măng (Vít tải xi măng LSY160).

16

Hình 1.11. Aptomat dạng tép MCB của hãng LS.

18

Hình 1.12. MCCB hãng LS.

18

Hình 1.13. Van khí nén 5/2.

20

Hình 1.14. Van điện từ 24V.

20

Hình 1.15. Xy lanh khí nén 2 chiều.

21

Hình 1.16. Nắp xả cốt liệu.

21

Hình 1.17. Rơ le trung gian Omron LY2N DC24.

21

Hình 1.18. Đèn báo trạng thái.

22

Hình 1.19. Contactor LS 220/380V.

23

Hình 1.20. Rơ le nhiệt hãng LS.

23

Hình 1.21. Nút nhấn.

25

Hình 2.1. Cấu trúc PLC S7-1200.

27

Hình 2.2 CPU 1212C AC/DC/Rly.

28
2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
Hình 2.3. Mơ-đun SM 1223 16DI/16DO.

29

Hình 2.4. Mơ-đun truyền thơng CM 1242-5.

30

Hình 2.5. Mơ-đun truyền thơng PM 1207.

31

Hình 2.6. Biểu tượng phần mềm.

33

Hình 2.7. Giao diện phần mềm.

33

Hình 2.8. Giao diện project.

33

Hình 2.9. Cửa sổ project.

34

Hình 2.10. Add PLC.

34

Hình 2.11. Viết chương trình.

35

Hình 2.12. Thanh cơng cụ.

35

Hình 2.13. Các lệnh Edit.

36

Hình 2.14. Các chế độ xem.

37

Hình 2.15. Online.

37

Hình 2.16. Help.

38

Hình 2.17 Thanh cơng cụ.

38

Hình 3.1. Mạch động lực hệ thống trộn bê tơng tự động.

40

Hình 3.2. Sơ đồ đấu nối thiết bị vào ra với CPU 1212C AC/DC/RLY.

44

Hình 3.3. Lưu đồ thuật tốn chế độ trộn tự động (Auto).

45

Hình 3.4. Lưu đồ thuật tốn chế độ bằng tay (Manual).

46

Hình 3.5. Lưu đồ thuật tốn chọn chế độ vận hành.

46

Hình 3.6. Giao diện cửa sổ HMI mơ phỏng WinCC.

67

Hình 3.7. Thiết lập kết nối chương trình.

67

Hình 3.8. Thiết lập kết nối mơ phỏng Win CC Run time.

68

Hình 3.9. Thiết lập kết nối PLC với PC.

68

Hình 3.10. Dowload chương trình.

69
3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
Hình 3.11. Kiểm tra lỗi và load chương trình.

69

Hình 3.12. Giao diện hệ thống trộn bê tông tự động trên WinCC.

70

Hình 3.13. Giao diện chọn Mác trộn.

70

Hình 3.14. Giao diện hệ thống trộn bê tơng bằng tay trên WinCC.

71

Hình 3.15. Nhập các thơng số cài đặt.

72

Hình 3.16. Khởi động hệ thống mở van 1 xả.

73

Hình 3.17. Mở van 2 sỏi, cát, xi măng.

73

Hình 3.18. Trộn khơ.

74

Hình 3.19. Mở van 2 nước và phụ gia xả vào bồn trộn.

74

Hình 3.20. Bắt đầu trộn ướt.

75

Hình 3.21. Xả bê tơng thành phẩm vào xe bồn.

76

MỞ ĐẦU
a.

Lý do chọn đề tài
Như chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình cơng nghiệp hóa,
hiện đại hóa. Vì thế tự động đóng vai trị quan trọng, tự động hóa giúp tăng năng
suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả của q trình sản xuất. Để có thể thực
hiện tự động hóa sản xuất, bên cạnh các thiết bị máy móc, cơ khí hay điện, các dây
chuyền sản xuất,… cũng cần có các bộ điều khiển để điều khiển chúng. Trong các
thiết bị hiện đại được đưa vào dây chuyền sản xuất tự động đó khơng thể khơng kể
đến PLC.
PLC là một thiết bị điều khiển đa năng được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp để điều khiển hệ thống theo chương trình được viết bởi người sử dụng. Nhờ
hoạt động theo chương trình PLC có thể ứng dụng điều khiển nhiều thiết bị khác
nhau. Nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản
xuất tự động, rất đơn giản ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển. Các đối
4

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
tượng mà PLC có thể điều hành được rất đa dạng từ máy bơm, máy cắt, máy khoan,
lò nhiệt,…đến các hệ thống phức tạp như: băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động
(ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất,…
Trong nền sản xuất công nghiệp, đặc biệt là nhu cầu xây dựng là rất lớn. Trong
thực tế có rất nhiều thiết bị và phương pháp để trộn bê tông, nhưng để có một hệ
thống điều khiển q trình trộn bê tơng với giá cả thích hợp, đáp ứng nhu cầu lớn,
không tốn nhiều nhân công là rất cần thiết nhưng vẫn đáp ứng được các yêu cầu đặt
ra.
Để tăng năng suất q trình trộn bê tơng thì vấn đề áp dụng điều khiển tự động
là không thể thiếu. Thế nhưng vấn đề được lựa chọn thiết bị cũng như phương pháp
điều khiển sao cho đáp ứng nhu cầu nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu đặt ra là một vấn
đề khó khăn đòi hỏi người thiết kế phải am hiểu về cơ khí cũng như kiến thức điều
khiển tự động.
Với nhu cầu trên, em đã chọn đề tài “ Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển hệ
thống trộn bê tông tự động ”.
b.

Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động trong các hệ

thống trộn bê tông của nước ta hiện nay và từ đó mơ phỏng lại bằng một mơ hình trên
phần mềm WinCC.
c.

Mục đích nghiên cứu

Khi nghiên cứu đề tài này em muốn vận dụng những sản phẩm công nghệ khoa

học tiên tiến áp dụng vào quá trình sản xuất tự động nhằm tạo ra năng suất, chất lượng
cũng như giảm thiểu tối đa sức người trong sản xuất công nghiệp đồng thời củng cố lại
kiến thức lý thuyết đã được học tập nghiên cứu tại trường.
Đây là đồ án môn học để sinh viên nắm vững thêm kiến thức khi học tập, nghiên
cứu tại trường. Chứng minh khả năng, năng lực của bản thân để sau khi ra trường trở
thành một kĩ sư giỏi đóng góp nhiều cho nền cơng nghiệp nước nhà và xã hội.
5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
d.

Nhiệm vụ nghiên cứu
Với giới hạn của đề tài: “Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển hệ thống trộn bê tơng

tự động”. Từ đó em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây:
Tìm hiểu về PLC mà trọng tâm là PLC hãng Siemens dòng S7-1200 phần cứng và
tập lệnh.
Tìm hiểu phần mềm viết ladder cho PLC S7-1200 cũng như tìm hiểu phần mềm
mơ phỏng PLC SIM và WinCC.
e.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Hiện nay trong nhiều hệ thống sản xuất vẫn cịn áp dụng cơng nghệ sản xuất lạc

hậu. Các nhà máy này chưa theo kịp với xu thế phát triển và đáp ứng được nhu cầu sản

xuất trong nước và trên thị trường quốc tế. Vì thế em xin nhận đề tài này với mong
muốn đưa ra giải pháp nhằm cải thiện quá trình sản xuất sao cho giảm được chi phí
nhân cơng, tăng năng suất mà vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm.
Để hoàn thành đồ án này em đã được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình từ các thầy
trong bộ môn. Em xin cảm ơn thầy Bùi Văn Vũ bằng kinh nghiệm và vốn kiến thức
dày dặn đã giúp em hồn thành đồ án mơn học này.

6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỘN BÊ
TÔNG TỰ ĐỘNG

1.1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống trộn bê tông tự động:
Hiện nay, đất nước bước vào thời kỳ cơng nghiệp hóa hiện đại hóa, để q trình
này phát triển chúng ta cần đầu tư vào các dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm
mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và cho ra các sản phẩm
chất lượng cao. Một trong những phương án đầu tư vào tự động hóa là việc ứng dụng
PLC vào các dây chuyền sản xuất .
Đối với những tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên bộ điều khiển này đang
được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau.
Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay là ngành xây dựng
và việc ứng dụng công nghệ PLC vào ngành xây dựng là một việc làm sẽ mang lại
hiệu quả cao và rất phù hợp, mà cơng đoạn chúng ta muốn nói ở đây là công nghệ trộn

bê tông.
Bê tông là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, chủ
yếu làm nguyên vật liệu để xây dựng kết cấu nền (tường, móng,…) vì thế việc trộn bê
tơng đạt chất lượng cao là một yếu tố quan trọng hàng đầu. Đa số việc trộn bê tông ở
nông thôn, vùng sâu vùng xa và một số ít cơng trình nhỏ ở thành thị hiện nay được
thực hiện bằng phương pháp thủ cơng (theo kinh nghiệp là chủ yếu). Chính vì vậy độ
chính xác khơng cao, sản phẩm sản xuất ra đơi khi không theo ý muốn, tỷ lệ phế phẩm
nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian, đầu tư kinh phí...
Để loại bỏ những đặc điểm trên. Thì hệ thống “Trộn bê tông tự động” là lựa chọn
ưu tiên hàng đầu của các nhà thầu cơng trình hiện nay.
1.1.1.
a.

Giới thiệu một số hệ thống và phương pháp trộn bê tông hiện nay

Trộn bê tông thủ công (bằng tay)
Bê tông là một thành phần rất quan trọng để quyết định đến độ vững chắc của một

cơng trình. Do đó trộn bê tông như thế nào để đạt chuẩn là điều mà nhiều chủ đầu tư
7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
quan tâm. Trộn bê tông bằng tay là một phương pháp từ xa xưa và cho đến ngày nay
phương pháp này vẫn được áp dụng khá phổ biến. Phương pháp trộn bê tông sử dụng
tay của thợ ngay tại cơng trình thơng qua máy trộn bê tơng hoặc dụng cụ trộn như
xẻng, cuốc. Đây là một phương pháp truyền thống để tiến hành trộn xi măng, cát sỏi,
nước, theo một tỷ lệ nào đó rồi tiến hành thi cơng cơng trình.

Để trộn bê tơng bằng tay thì u cầu phải có mặt bằng trộn sạch sẽ và bằng phẳng.
Sử dụng các dụng cụ thủ công để chia tỷ lệ nguyên vật liệu rồi trộn cho đều.

Hình 1.1. Trộn bê tông bằng tay.
b.

Trộn bê tông bán tự động (bằng máy trộn)
Máy trộn bê tông là một phát minh để giúp q trình trộn bê tơng diễn ra nhanh

hơn, tiết kiệm được công sức hơn và chất lượng bê tông được trộn cũng từ đó mà tốt
hơn. Cụ thể, ưu điểm của máy trộn bê tông so với việc trộn bê tơng bằng tay có thể kể
đến như sau:
Dung tích chứa của máy trộn bê tông lớn, đồng thời với khả năng chứa nguyên
liệu lớn hơn sẽ giúp việc thi công diễn ra nhanh chóng hơn. Trên thị trường hiện nay
phổ biến nhất là loại máy trộn bê tơng 450 lít. Chỉ với dung tích này, trong mọt thời
gian ngắn bạn đã có thể nhào trộn một cách đơn giản và nhanh chóng khoảng 1 bao xi
măng cùng các cốt liệu khác như cát, nước, đá, chất phụ gia… Bởi vậy, việc sử dụng
8


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
nhiều loại máy trộn có thể tích lớn sẽ cho ra những mẻ trộn có khối lượng lớn gấp
nhiều lần việc trộn bê tông bằng tay.
Máy trộn bê tông có thể trộn được nhiều nguyên liệu trong khoảng thời gian ngắn
nên cho năng suất trộn cao hơn trộn bằng thủ cơng.
Dùng máy trộn cịn có thể tiết kiệm được nhân cơng một cách vượt trội. Thay vì
phải dùng 10 người tham gia vào quá trình trộn, giờ đây bạn chỉ cần có từ 3 – 5 người
là đã có được sản phẩm bê tông trộn chất lượng với khối lượng vượt trội hơn hẳn. Đây

là lý do nhiều nhà thầu chọn phương pháp này để có thể giảm bớt chi phí trong q
trình thi cơng.
Hơn thế nữa nếu dùng máy trộn, chất lượng bê tông được trộn sẽ tốt hơn. Rõ ràng
rằng lực trộn đều đặn của máy móc sẽ vượt trội hơn hẳn so với các động tác dùng tay
chân đảo trộn không đều của con người. Cộng thêm chất lượng các cốt liệu tốt, độ bền
của sản phẩm sẽ cao.

Hình 1.2. Trộn bê tơng bán tự động (bằng máy trộn).
c.

Hệ thống trộn bê tông tự động
Hệ thống trộn bê tông được nghiên cứu chế tạo ra giúp con người sản xuất vật liệu
9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
bê tông thay cho việc trộn thủ công bằng tay và bán tự động, nó có một vai trị vô cùng
quan trọng. Hệ thống trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ tự động hóa cao
thường được sử dụng phục vụ cho các cơng trình vừa và

lớn hay cho một khu vực

có nhiều cơng trình đang xây dựng. Sử dụng máy móc giúp con người nâng cao hiệu
quả tối đa trong công việc, tiết kiệm thời gian và tiền bạc, tăng năng suất lao động và
chất lượng cơng trình. Chính vì vậy, hệ thống trộn bê tông đã trở thành loại máy xây
dựng không thể thiếu trên thị trường. Tuy các ngành công nghiệp khác nhau có u
cầu khác nhau đối với vật liệu bê tơng đặc biệt là yêu cầu độ mịn khác nhau cho bê
tông. Với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, máy trộn bê tông tổng

năng suất cao được đưa vào sử dụng trong sản xuất, đáp ứng nhu cầu của các ngành
khác nhau của vật liệu bê tơng, có thể nói rằng thiết bị trộn bê tông giúp ngành xây
dựng rất nhiều. Hỗn hợp vữa bê tông tươi được trộn bằng hệ thống trộn luôn mang lại
chất lượng rất tốt giúp cho cơng nhân có nhiều thời gian sử dụng bê tông trước khi bị
đông cứng. Tuy nhiên không phải lúc nào chúng ta cũng cần sử dụng đến hệ thống trộn
trộn bê tơng bởi vì hệ thống trộn này cho ra lượng bê tông thương phẩm rất lớn cho
những cơng trình lớn

như làm nhà chung cư cao tầng, làm cầu, những dự án lớn…

Hình 1.3. Hệ thống trộn bê tông tự động.
1.1.2.

Kết luận

Từ những phương pháp trộn bê tông thủ công, bán tự động và hệ thống trộn bê
tông tự động ta thấy mỗi phương pháp có một số ưu và nhược điểm riêng nên em
10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
muốn thiết kế một hệ thống trộn bê tông tự động có thể lắp đặt tại các cơng trình xây
dựng, dễ dàng tháo lắp, vận chuyển cũng như không cần dùng hệ thống xe bồn chuyên
chở cho các công trình ở những nơi hệ thống giao thơng khơng cho phép. Sự kết hợp
của các thiết bị máy móc lại với nhau để tạo nên một hệ trộn bê tông hồn thiện, góp
phần thành cơng lớn trong cơng cuộc xây dựng, giảm được chi phí về nhân cơng, tiết
kiệm tối đa cho khâu vật tư, vận chuyển, giá thành cạnh tranh nhất, chất lượng bê tơng
thì tối ưu hóa được sản phẩm, mác bê tơng có thể đẩy cao lên, thời gian trộn được rút

ngắn.
1.2. Giới thiệu hệ thống trộn bê tơng tự động:
1.2.1.

Mơ hình chi tiết của hệ thống trộn bê tơng tự động

Hình 1.4. Mơ hình chi tiết hệ thống.
Bảng 1.1. Thông số các loại Mác trộn
MÁC TRỘN

KL SỎI

KL CÁT

KL NƯỚC

KL XM

KL PG

150

910

500

185

280

100

11


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
200

900

480

185

300

95

250

880

460

185

400

90

300

900

450

190

460

100

350

870

300

185

500

90

400

880

420

170

600

50

450

1000

475

170

440

95

1.2.2.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Các cốt liệu được cấp sẵn trong các bồn chứa. Hệ thống hoạt động 2 chế độ: chế
độ Auto và chế độ Manual.
Hệ thống trộn được các loại mác trộn như ở Bảng 1.1.
Hệ thống chỉ sẵn sàng làm việc khi chúng ta đã chọn chế độ trộn, Mác trộn, cài đặt
số mẻ trộn, cài đặt thời gian trộn khô và thời gian trộn ướt.
- Chế độ Auto:

Nhấn nút Start hệ thống trộn bắt đầu hoạt động các van 1 của các bồn chứa sỏi,
cát, nước, phụ gia và động cơ xilo xi măng bắt đầu mở xả và vận chuyển các cốt liệu
vào các phễu cân bắt đầu cân khối lượng.
Khi cân đủ khối lượng, van 1 và xi lo của các bồn chứa đóng lại ngừng q trình
xả và vận chuyển cốt liệu.
Đồng thời van 2 của cân sỏi, cân cát xả vào băng tải để băng tải vận chuyển sỏi,
cát vào bồn trộn. Cùng lúc này van 2 của cân xi măng xả xi măng vào bồn trộn.
Khi có 1 trong các loại cốt liệu được xả vào bồn trộn thì cảm biến cạn sẽ tác động
báo có cốt liệu trong bồn trộn.
Khi các phễu cân xả hết cát, sỏi, xi măng thì van 2 của các phễu đóng lại và bắt
đầu q trình trộn khơ.
Hệ thống bắt đầu trộn khô sỏi, cát và xi măng theo thời gian cài đặt trước. Khi hết
thời gian trộn khô cài đặt , van 2 của cân nước và cân phụ gia bắt đầu mở ra xả nước
12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
và phụ gia vào bồn trộn.
Khi xả hết nước và phụ gia các van này sẽ đóng lại đồng thời bắt đầu quá trình
trộn ướt với thời gian trộn ướt cài đặt trước.
Khi hết thời gian trộn ướt, van của bồn trộn sẽ mở ra xả bê tông thành phẩm vào
xe vận chuyển, sau khi xả hết thời gian cài đặt trước tầm 20s thì cảm biến cạn bồn trộn
sẽ tác động đóng van xả bồn trộn lại.
Tiếp tục lặp lại chu trình trộn cho đến khi đủ số mẻ cài đặt trước thì hệ thống sẽ tự
động dừng hoặc khi tác động nút stop thì hệ thống trộn sẽ dừng ngay lập tức.
- Chế độ Manual:
Tương tự như ở chế độ Auto, hệ thống chỉ làm việc khi chúng ta nhập các thông số
mẻ trộn, thời gian trộn ướt và thời gian trộn khô.

Nhấn nút Start để khởi động hệ thống, hệ thống bắt đầu khi chúng ta tác động vào
các Switch của các thiết bị thì các thiết bị mới tiến hành quá trình xả cát, sỏi, nước,
phụ gia, vận chuyển xi măng và trộn bê tông.
Ở chế độ này có thể dừng bất cứ lúc nào khi chúng ta muốn thì chỉ cần tác động
vào các Switch. Chế độ này thường dùng để bảo dưỡng các thiết bị nên ít sử dụng.
Hệ thống dừng ngay lập tức nếu ta nhấn nút dừng hoặc hết số mẻ trộn đã cài đặt.
1.2.3.

Nguyên lý của hệ thống được thể hiện lại dưới dạng sơ đồ khối:

13


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động

Hình 1.5. Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trộn bê tông tự động.
1.3. Chọn công nghệ và thiết bị cho hệ thống:
1.3.1.
a.

Các công nghệ phổ biến hiện nay

PLC
- Ưu điểm:
● Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn thực hiện được các thuật
toán phức tạp và độ chính xác cao.
● Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa.
● Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu

vào/ra, mở rộng chức năng khác khả năng chống nhiễu tốt, hồn tồn
làm việc tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp.
● Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối
mạng truyền thơng với các thiết bị khác.
- Nhược điểm:
● Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập
trình.
● Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao.

b.

Vi điều khiển
- Ưu điểm:
14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
● Vi điều khiển hoạt động như một máy vi tính khơng có bất kỳ bộ phận
kỹ thuật số nào.
● Tích hợp cao hơn bên trong vi điều khiển làm giảm chi phí và kích
thước của hệ thống.
● Việc sử dụng vi điều khiển rất đơn giản, dễ khắc phục sự cố và bảo trì
hệ thống.
● Hầu hết các chân được lập trình bởi người dùng để thực hiện các chức
năng khác nhau.
● Dễ dàng kết nối thêm các cổng RAM, ROM, I/O.
● Cần ít thời gian để thực hiện các hoạt động.
- Nhược điểm:

● Vi điều khiển có kiến trúc phức tạp hơn so với vi xử lý.
● Chỉ thực hiện đồng thời một số lệnh thực thi giới hạn. Chủ yếu được sử
dụng trong các thiết bị vi mô. Không thể trực tiếp giao tiếp các thiết bị
cơng suất cao.
c.

Rơle:
- Ưu điểm:
● Rơle có ưu điểm có thể tác động ngay lập tức, không thông qua bất kỳ
cơ cấu cơ khí nào, đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu của người sử
dụng.
● Rơle có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ dàng thay thế.
● Rơle có độ tin cậy, độ nhạy và độ chính xác cao.
- Nhược điểm:
● Tuổi thọ thấp, phụ thuộc vào số lần đóng cắt, các cặp tiếp điểm dễ bị ơ
xi hóa theo thời gian trong môi trường công nghiệp.
● Tiếp điểm của rơle chịu được điện áp còn nhỏ, sẽ bị hao mịn dần do
phóng điện hồ quang.
● Một vài loại rơ le bị nhiễu điện từ khi vận hành gây ảnh hưởng đến q
trình vận hành.
Kết luận: Qua các cơng nghệ nói trên, em đã chọn được cơng nghệ PLC để điều

khiển cho hệ thống trộn bê tông tự động của mình.

15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động

1.3.2.

Chọn thiết bị và thiết bị bảo vệ cho hệ thống

Các thiết bị, động cơ của các hãng phù hợp với hệ thống trộn bê tơng đã có thơng
số sẵn nên em sẽ lựa chọn thiết bị có thơng số theo các hãng. Vì thế, em chỉ tính tốn
chọn thiết bị bảo vệ cho hệ thống trộn bê tông với các thông số công suất động cơ
được của các hãng như sau:
- Công suất động cơ 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 = 5,5 KW.
- Công suất động cơ vít tải xi măng: Pvít tải = 5,5 KW.
- Cơng suất động cơ máy nén khí: Pkhí nén = 7,5 kW.
Dựa theo các tài liệu tham khảo: “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4
đến 500kV” – Ngô Hồng Quang – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật; “Sổ tay chuyên
ngành điện” – Tăng Văn Mùi, Trần Duy Nam – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật;
Slide bài giảng “Khí cụ điện” – TS. Đồn Thanh Bảo - Trường Đại học Quy Nhơn để
tính tốn và lựa chọn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ phù hợp.
a.

Máy trộn bê tơng

Hình 1.6. Máy trộn hãng JS2000.
Thơng số kỹ thuật máy trộn JS2000:
- Dung tích thùng trộn 3200L
- Dung tích bê tơng 2000L
- Cơng suất trộn 90 – 120 m3/h
16

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
- Thời gian trộn 60 giây/mẻ
- Động cơ máy trộn có cơng suất 37KW x 2 động cơ
- Điện áp/Tần số: 380V/50Hz
- Xuất xứ: China
Công suất của mỗi động cơ trộn là: 37KW => 2 Động cơ trộn : 74 KW
Cường độ dòng điện định mức của mỗi động cơ trộn:

Trong đó:
●
●
●

: dịng điện định mức của động cơ (A).
: công suất định mức động cơ dẫn động máy trộn (W).
: điện áp định mức động cơ (V).

● Cos φ: hệ số công suất. Lấy cos φ = 0,8.
Cường độ dịng điện khởi động:

Trong đó:
●
●

: dịng điện khởi động động cơ (A).
: dòng điện định mức của động cơ (A).

: hệ số khởi động,

= 2 ÷ 8. Chọn

= 4. Do công suất động cơ lớn nên sẽ

áp dụng bộ khởi động mềm để khởi động 2 động cơ, dòng điện khởi động sẽ giảm 3
đến 4 lần so với khởi động trực tiếp.

- Chọn MCCB loại khối 3 pha có dịng định mức 100 (A) của hãng LS, mã hiệu:
17


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Đề tài: Ứng dụng PLC S7 – 1200 điều khiển hệ thống trộn bê tông tự động
ABS103c.
- Chọn khởi động từ có dịng định mức 100 (A) của hãng LS, mã hiệu: MC-100a.
b.

Động cơ kéo băng tải

Hình 1.7. Động cơ kéo băng tải.
Thơng số động cơ kéo băng tải:
- Công suất động cơ kéo băng tải: 7,5KW
- Điện áp/Tần số: 380V/50Hz
- Tỷ số truyền: 1/3 – 1/200
Công suất của mỗi động cơ trộn là: 7,5KW
Cường độ dòng điện định mức của động cơ kéo băng tải:

Trong đó:

●

: dịng điện định mức của động cơ (A).

●

: công suất định mức động cơ kéo băng tải (W).

●

: điện áp định mức động cơ (V).

● Cos φ: hệ số cơng suất. Lấy cos φ = 0,8.
Cường độ dịng điện khởi động:

18