thiết kế dây chuyền sản xuất bê tông xi măng

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BÊ TÔNG XI MĂNG
1.1 Tổng quan về xi măng và bê tông
1.1.1 Khái niệm Hồ xi măng và Bê tông
- Xi măng là chất kết dính thủy lực được tào thành bằng cách nghiền mịn Clinke,
thạch cao thiên nhiên và phụ gia.
- Khi Xi măng tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành 1
dạng hồ gọi là Hồ xi măng. Sau đó Hồ xi măng này sẽ qua quá trình ninh kết và hóa
cứng để tạo dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định. Vì tính kết dính của Xi măng khi
tác dụng với nước nên nó có 1 công dụng rất quan trọng là dùng để sản xuất Bê tông.
- Vậy Bê tông là sản phẩm của quá trình ninh kết Hồ xi măng trộn với 1 số cốt liệu
như đá, cát, phụ gia mà tạo thành. Trong đó cát và đá chiếm 80% - 85%, xi măng
chiếm 8% - 15%, còn lại là khối lượng của nước. Phụ gia được thêm vào hỗn hợp bê
tông nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hỗn hợp bê tông xi măng.
1.1.2 Một số cấp phối bê tông xi măng thông thường
Bảng 1.1: Định mức cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PC40
TT
Vật liệu
1
Xi măng
2
Đá 1x2
3
Cát vàng
4
Nước sạch
5
Phụ gia ninh kết nhanh
1.2 Tổng quan về Trạm trộn bê tông

Đơn vị
Kg
Kg
Kg
Lít
Lít

M200
285
1123
790
192
2.57

M250
390
1038
782
190
3.51

1.2.1 Khái niệm và chức năng của Trạm trộn bê tông
- Trạm trộn bê tông là 1 hệ thống máy móc thiết bị có mức độ tự động hóa cao để
trộn bê tông và được sử dụng ở các nhà máy sản xuất bê tông hay trong các công
trường xây dựng.
1.2.2 Cấu tạo chung của Trạm trộn bê tông
- Một trạm trộn bê tông có 4 bộ phận chính:
+ Bãi chứa các vật liệu; dụng cụ chứa nước và phụ gia
+ Hệ thống định lượng
+ Hệ thống máy trộn bê tông

+ Hệ thống cung cấp điện và điều khiển
SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 1


Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng
1.2.2.1 Bãi chứa cốt liệu; dụng cụ chứa nước và phụ gia
Bãi chứa cốt liệu là 1 khu vực đất trống dùng để chứa cốt liệu như: Đá, cát thành
từng đống riêng biệt sau đó được máy xúc gầu lật đổ vào boongke, thiết bị định lượng;
xi măng được chứa trong xi lô; nước và phụ gia được chứa trong các thùng hoặc tẹc.
a. Cấp cốt liệu
-

Cấp cốt liệu kiểu boongke - băng tải được dùng phổ biến hiện nay

-

Cốt liệu (cát, đá) được tập kết ngoài bãi sau đó được máy xúc gầu lật đổ vào

boongke, thiết bị định lượng. Sau khi được định lượng đúng yêu cầu thì băng tải vận
chuyển đổ vào thùng trộn.
-

Ưu điểm:
+ Cấp liệu cho máy trộn được liên tục
+ Vật liệu ở bãi chứa không cần phải vun cao và không cần phải có tấm phân

cách vật liệu.
-

Nhược điểm:
+ Việc cấp liệu cho boongke phải có thiết bị chuyện dùng
+ Khoảng cách giữa boongke và thùng trộn tương đối lớn dẫn đến khả năng tiếp

xúc của vật liệu với môi trường nhiều, sẽ gây ô nhiễm môi trường nếu không được
che chắn kỹ.
b. Cụm cấp xi măng
-

Cụm cấp xi măng dùng vít tải xiên được dùng phổ biến.

-

Xi măng rời từ xe téc được vận chuyển bằng khí nén vào xilô sau đó được vít

tải vận chuyển đổ vào thiết bị định lượng trước khi vào thùng trộn.
-

Ưu điểm:

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

Nhược điểm:

+ Khi cần nạp liệu với khối lượng nhỏ không thuận lợi.
+ Kết cấu phức tạp, giá thành đắt.
c. Cấp nước và phụ gia

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 2


Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng
-

Nước và phụ gia được chứa trong các thùng hoặc tẹc được máy bơm bơm lên

thiết bị định thể tích và xả xuống buồng trộn.
1.2.2.2 Hệ thống định lượng
a. Thiết bị định lượng kiểu thể tích: Thường dùng để định lượng nước và phụ gia
-

Nước và phụ gia được bơm lên xả vào trong thùng chứa có cảm biến thể tích

phù hợp với lượng đặt, sau đó van thùng chứa phụ gia và van thùng chứa nước mở cho
phụ gia và nước vào thùng trộn.
-

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, giá thành thấp

-

Nhược điểm: Định lượng thành phần cốt liệu thiếu chính xác dẫn đến chất

lượng bê tông không được đảm bảo.
b. Thiết bị định lượng kiểu khối lượng: Thường dùng định lượng cát, đá, xi măng

-

Phương pháp này có sự kết hợp giữa cơ và điện nên độ chính xác cao.

-

Vật liệu được xả vào bàn cân, trên bàn cân có gắn thiết bị cảm biến, tín hiệu

nhận từ cảm biến được xử lý bởi máy tính sau đó kết quả được hiển thị trên bộ chỉ thị.
-

Ở đây cát đá được định lượng độc lập.

-

Ưu điểm: Định lượng vật liệu có độ chính xác cao; có thể cộng dồn nhiều loại

vật liệu trong một mẻ.
-

Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, giá thành cao

1.2.2.3 Hệ thống máy trộn
- Hệ thống máy trộn bê tông gồm hệ thống liên kết và thùng trộn.
- Hệ thống liên kết gồm băng tải để đưa cốt liệu vào thùng trộn, máy bơm nước,
máy bơm phụ gia, vít xiên vận chuyển xi măng, thùng trộn bê tông, hệ thống động cơ
và khí nén.
1.2.2.4 Hệ thống cung cấp điện và điều khiển
Do Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có công suất lớn nên cần có 1 hệ
thống cung cấp điện phù hợp cho các động cơ cũng như các thiết bị khác cho trạm trộn

đó.
a. Hệ thống điều khiển kiểu truyền động điện
Chủ yếu dùng để điều chỉnh tốc độ, đóng mở các động cơ điện.
b. Hệ thống điều khiển kiểu thủy lực

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 3


Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng
-

Chủ yếu dùng để đóng mở cơ cấu chấp hành như cửa xả thùng trộn, băng tải.

-

Việc đóng mở cơ cấu chấp hành nhờ áp lực của dòng chất lỏng.

-

Ưu điểm:

+ Có khả năng truyền lực lớn và đi xa.
+ Truyền động êm dịu.
+ Lực tác động lớn nên khắc phục được hiện tượng kẹt vật liệu tại cửa xả.
+ Tuổi thọ của hệ thống cao do được bôi trơn tốt.
-

Nhược điểm:

+ Các bộ phận của thiết bị thường đắt tiền.
1.3 Nguyên lý hoạt động chung của Trạm trộn bê tông
Lần lượt từng loại cốt liệu được Máy xúc lật xúc và vận chuyển đưa lên đầy các
thùng phểu riêng lẻ, sau đó được xả xuống cân điện tử có gắn các cảm biến trọng
lượng để định lượng đủ khối lượng đặt, sau đó xả xuống các băng tải và vận chuyển
lên thùng trộn. Các phểu được đóng mở bằng các xi lanh khí nén riêng biệt.
Xi măng được đưa lên xi lô bằng bơm gắn trên xe chở xi măng chuyên dụng. Xi
măng được kết nối với hệ thống máy trộn thông qua 1 vít xiên, và 1 cân trọng lượng
trước khi mở van xả vào thùng trộn.
Nước và phụ gia được chứa trong các thùng hoặc tẹc nước, được các máy bơm
bơm lên các thùng có vạch đo thể tích có gắn cảm biến định thể tích. Thể tích nước và
phụ gia được bơm lên đủ thể tích đặt. Khi quá trình trộn khô kết thúc thì van xả phụ
gia và nước vào thùng trộn để bắt đầu quá trình trộn ướt.
Các cốt liệu và xi măng được trộn khô đều sau 1 thời gian đặt t 1 rồi mới cho nước
và phụ gia vào trộn ướt thêm 1 thời gian đặt t 2. Khi quá trình trộn hoàn thành thì của
xả ở đáy thùng trộn mở xả vào xe chuyên chở vữa bê tông đã chờ sẵn. Quá trình lặp lại
cho đến khi xe chở đủ khối lượng đặt thì báo hiệu bằng đèn cho xe chở hổn hợp bê
tông đến các công trình xây dựng.

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 4


Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất bê tông xi măng
1.4 Hình ảnh tổng quan về trạm trộn bê tông xi măng thiết kế.

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 5


Chương 2: Sơ đồ công nghệ và quy trình vận hành trạm trộn BTXM
CHƯƠNG 2
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH VẬN HÀNH
TRẠM TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG
2.1. Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông xi măng

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ trạm trộn
Mô tả các thiết bị có trong sơ đồ công nghệ:
START: Nút ấn khởi động hệ thống
STOP: Nút ấn dừng hệ thống
CB1T: Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong thùng cân đá
CB1C: Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong thùng cân đá
CB2T: Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong thùng cân cát
CB2C: Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong thùng cân cát
CB3T: Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong thùng cân xi măng
CB3C: Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong thùng cân xi măng
CB4: Cảm biến ứng với mức thấp trong thùng đo phụ gia

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 6


Chương 2: Sơ đồ công nghệ và quy trình vận hành trạm trộn BTXM
CB5: Cảm biến ứng với mức cao trong thùng đo phụ gia
CB6: Cảm biến ứng với mức thấp trong thùng đo nước
CB7: Cảm biến ứng với mức cao trong thùng đo nước

CB8: Cảm biến mức thấp trong thùng trộn
CB9: Cảm biến có/không có xe chuyên chở BTXM ở vị trí nhận BTXM.
D1: Đèn tín hiệu báo Trạm trộn BTXM bắt đầu làm việc
D2: Đèn tín hiệu báo có xe chở BTXM tại vị trí nhận BTXM
V1: Van xả đá từ phểu đá vào Cân 1
V2: Van xả cát từ phểu cát vào Cân 2
V3: Van xả đá Cân 1 lên băng tải BT
V4: Van xả cát từ Cân 2 lên băng tải BT
V5: Van xả xi măng từ cân 3 vào vào thùng trộn
V6: Van xả phụ gia từ bình đo phụ gia vào thùng trộn
V7: Van xả nước từ thùng đo nước vào thùng trộn
V8: Van xả bê tông thành phẩm vào xe vận chuyển BTXM
M1: Mô tơ dùng để quay ruột gà khi đưa xi măng vào thùng cân
M2: Mô tơ kéo băng tải vận chuyển cát, đá từ băng tải vào thùng trộn
M3: Mô tơ quay cánh trộn bê tông
B1: Máy bơm phụ gia
B2: Máy bơm nước
2.2. Quy trình công nghệ trạm trộn bê tông xi măng
→ (1) Ấn nút khởi động Start => đèn tín hiệu D1 sáng ( đèn báo trạm trộn BTXM
bắt đầu làm việc).
→ (2) CB9 tác động ( có xe chở BTXM tại vị trí nhận BTXM) => đèn tín hiệu D2
sáng.
→ (3) Mở các van V1, V2, khởi động mô tơ M1, bơm phụ gia B1, bơm nước B2.
→ (4) CB1T, CB2T, CB3T, CB4, CB6 tác động.
→ (5) Khi CB1C tác động => khóa V1; CB2C tác động => khóa V2; CB3C tác
động => dừng M1; CB5 tác động => dừng B1; CB7 tác động => dừng B2.
→ (6) Khởi động M2, mở các van V3, V4, V5; sau khi M2 khởi động quay Băng
tải được 5s thì tự động khởi động M3.

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 7


Chương 2: Sơ đồ công nghệ và quy trình vận hành trạm trộn BTXM
→ (7) CB1C, CB2C, CB3C ngừng tác động.
→ (8) Khi CB1T ngừng tác động => khóa V3; khi CB2T ngừng tác động =>
khóa V4; khi CB3T ngừng tác động => khóa V5; Băng tải quay thêm 5s nữa thì tự
động dừng => M2 dừng lại.
→ (9) Bắt đầu đếm thời gian quá trình trộn khô 30s.
→ (10) Khi quá trình trộn khô kết thúc => mở V6, V7
→ (11) Lúc này CB5, CB7 ngừng tác động.
→ (12) Khi CB4 ngừng tác động => khóa V6; CB6 ngừng tác động => khóa V7
→ (13) Bắt đầu đếm thời gian quá trình trộn ướt 30s.
→ (14) Quá trình trộn ướt kết thúc thì mở van V8 => lúc này CB8 ngừng tác
động.
→ (15) Khi xả hết Bê tông trong thùng trộn => CB8 tác động => khóa van V8
và dừng động cơ M3.
→ (16) Tự động lặp lại các bước từ (2) đến (15) thêm 4 lần nữa theo số lần đặt .
→ (17) Sau khi trộn và xả đủ số lần đặt thì đèn tín hiệu D 2 tắt (báo hoàn thành số
mẻ trộn BTXM đã đặt để tài xế cho xe chạy) và đèn tín hiệu D1 tắt.
→ (18) Hệ thống tự động dừng.

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 8


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
CHƯƠNG 3:

TÓM LƯỢC VỀ PLC S7-200, CẢM BIẾN, CÁC THIẾT BỊ CHẤP HÀNH VÀ
CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH TRONG TRẠM TRỘN BÊ TÔNG XI MĂNG
3.1 Tóm lược về PLC S7-200
3.1.1 Cấu trúc phần cứng PLC
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens. Cấu trúc
nhỏ gọn có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh mạnh. PLC S7-200 có cấu trúc
theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Một modul chính bao gồm:
3.1.1.1 Khối xử lý trung tâm.
CPU-210, CPU-212, …, CPU-216, CPU-221, CPU-222, CPU-224,…
+ Gồm có các từ đơn (Word) để lưu chương trình, dữ liệu.
+ Tiếp nhận các tín hiệu vào xử lý, chạy chương trình và xuất ra kết quả.
3.1.1.2 Nguồn nuôi và pin.
+ Nguồn nuôi: Điện áp một chiều 24V, điện áp xoay chiều 220V, 110V, dùng để cung
cấp cho bản than CPU và tất cả các modul mở rộng.
+ Nguồn pin: Dùng để hỗ trợ trong việc lưu giữ tất cả các dữ liệu có trong bộ nhớ.
3.1.1.3 Cổng truyền thông.
PLC s7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để
phục vụ cho việc ghép nối với các thiết bị lập trình khác hoặc với các trạm PLC khác.
- Truyền thông với Simatic S7-200:
Để ghép nối với máy tính lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình họ PG7xx,
có thể sử dụng cáp nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình.
3.1.1.4 Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ của S7-200 gồm 2 loại: Bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài. Bộ nhớ trong được
chia thành 4 vùng: Vùng chương trình, vùng tham số, vùng dữ liệu và vùng đối tượng.
Bộ nhớ ngoài chia thành 3 vùng: Vùng chương trình, vùng tham số, vùng dữ liệu.
3.1.1.5 Modul vào/ra:
- Modul vào: Với chức năng chuẩn bị các tín hiệu bên ngoài để chuyên vào panel,
nó còn là tầng đệm đầu vào. Modul vào có các đầu vào số (DI) và tương tự (AI).
- Modul ra: Có cấu tạo tương tự modul vào, nó gửi các kết quả CPU qua tầng đệm
đến các thiết bị đầu ra. Modul ra cũng có các đầu ra số (DO) và tương tự (AO).

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 9


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
3.1.1.6 Modul mở rộng cổng vào/ra:
Các modul mở rộng được cắm liên tiếp nhau vào bên ngoài CPU. Địa chỉ các đầu
vào/ra của các model mở rộng được tính liên tiếp, riêng cho từng loại. Số lượng modul
mở rộng tối đa tùy thuộc vào loại CPU.
3.1.2 Cấu trúc phần mềm PLC
3.1.2.1 Cấu trúc chương trình của S7-200
Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm sau:
+ Step 7 – Micro/DOS
+ Step 7 – Micro/WIN
3.1.2.2 Ngôn ngữ lập trình của S7-200
Cách lập trình cho S7-200 chủ yếu dựa trên hai phương pháp cơ bản:
+ Phương pháp liệt kê lệnh: Statement List – viết tắt là STL
+ Phương pháp hình thang: ladder logicn – viết tắt là LAD
Ngoài ra có thêm phương pháp khối hàm: Function Block Diagram – viết tắt là
FBD
3.1.2.3 Bảng lệnh của S7-200
Hệ lệnh của S7-200 được chia thành 3 nhóm được chỉ ra ở bảng 3.1, 3.2, 3.3
Bảng 3.1: Các lệnh của S7-200 được thực hiện vô điều kiện
Tên lệnh
= n
A n

Mô tả

Giá trị của bit đầu tiên được sao chép sang điểm n chỉ dẫn lệnh
Giá trị đầu tiên của ngăn xếp được thực hiện bằng phép tính AND
với điểm n chỉ dẫn trong lệnh. Kết quả được ghi lại vào bit đầu

AN

n

tiên của ngăn xếp
Thực hiện lệnh AND giữa giá trị đầu tiên của bit đầu tiên trong
ngăn xếp với giá trị nghịch đảo của điểm n trong chỉ dẫn. Kết quả

AB<= n1, n2

được ghi vào bit đầu tiên của ngăn xếp.
Thực hiện lệnh AND giữa giá trị đầu tiên của bit đầu tiên trong
ngăn xếp với giá trị 1 nếu giá trị của byte n1 không lớn hơn giá trị

AD= = n1, n2

của byte n2. kết quả đươc ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp.
Thực hiện lệnh AND giữa giá trị đầu tiên của bit đầu tiên trong
ngăn xếp với giá trị 1 nếu nội dung của hai từ kép n1 và n2 thỏa

AR<= n1, n2

mãn n1=n2. kết quả đươc ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp.
Thực hiện lệnh AND giữa giá trị đầu tiên của bit đầu tiên trong

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 10


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
ngăn xếp với giá trị 1 nếu nội dung hai số thực n1 và n2 thỏa mãn
n1≤n2. kết quả đươc ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp.
Bảng 3.2: Các lệnh của S7-200 được thực hiện có điều kiện
Tên lệnh
+D IN1, IN2

Mô tả
Thực hiện phép cộng hai số nguyên kiểu từ kép IN1 và IN2. Kết

+I

quả ghi lại vào IN2.
Thực hiện phép trừ hai số nguyên kiểu từ kép IN1 và IN2. Kết quả

IN1, IN2

+R IN1, IN2
+ANDD

Kết quả ghi lại vào IN2.
IN1, IN2 Thực hiện phép logic AND giữa các giá trị kiểu IN1 và IN2. Kết
(6) (1)

CALL n
CRET (3) (1) (4)

CRETI

ghi lại vào IN2.
Thực hiện phép cộng hai số thực (32 bit) kiểu từ kép IN1 và IN2.

(3) (2) (4)

quả ghi lại vào IN2.
Gọi chương trình con được đánh nhãn tên n
Kết thúc một chương trình con và trả điều khiển về chương trình
đã gọi nó.
Kết thúc một chương trình xử lý ngắt và trả điều khiển về chương

FILL IN,OUT,N

trình chính.
Đổ giá trị của tủ IN vào một mảng nhớ gồm N từ (N có kiểu byte)

MOVB IN,OUT
MOVD IN,OUT
S S_BIT.n
SLD IN,n
SLW IN,n
SQRT IN,OUT(5)

bắt đầu vị trí OUT (kiểu từ).
Sao giá trị byte IN sang byte OUT
Sao giá trị của từ kép IN sang từ kép OUT
Đặt giá trị logic 1 vào một mảng n bit kể từ địa chỉ S_BIT
Dịch từ kép IN sang trái n bit

Dịch từ IN sang trái n bit
Lấy căn bậc hai của một số thực 32 bit IN và ghi kết quả vào OUT

SRW IN,n
SOP
TON Txx,PT

(32 bit)
Dịch từ kép IN sang phải n bit
Dừng mềm chương trình
Khởi động bộ phát thời gian trể Txx với thời gian trể đặt trươc là
tích của PT (kiểu từ) và bộ phận giải của bộ thời gian Txx được

chọn.
Bảng 3.3: Các lệnh đặt nhãn tên
Tên lệnh
INT n(1) (2) (4)
LBL xx
NEXT

(1) (5) (7)

Mô tả
Khai báo nhãn tên cho chương trình xử lý ngắt
Đặt nhãn tên xx trong chương trình, định hướng cho lệnh nhay
JMP.
Lệnh kết thúc vòng lặp FOR … NEXT

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 11


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
NOP
SBR n(1) (2) (4)

Lệnh rỗng
Khai báo nhãn tên cho chương trình con.

- Các lệnh so sánh:
Bảng 3.4: Các lệnh so sánh
LAD
n1
n2

STL
LDB < n1 n2

Mô tả
Tiếp điêm đóng khi n1B = byte

n3
<=I
n4

LDI ≤ n3, n4

n5
= =D
n6

LDD = n5, n6

Tiếp điêm đóng khi n3≤n4
I = Integer

LRD ≥ n7, n8
n7
> =R
n8
- Các lệnh Timer:

Tiếp điểm đóng khi n5=n6
D=Double
Tiếp điểm đóng khi n7 ≥ n8
R = Real

+ Timer tạo thời gian trể không có nhớ On-Delay Timer), ký hiệu là TON
+ Timer tạo thời gian trể có nhớ (Retentive On – Delay Timer), TONR
Bảng 3.5: Các loại Timer
Lệnh

Độ phân giải Giá trị cực đại
1ms
32,767 s
TONR 10 ms
327,67 s

100 ms
3276,7
1ms
32,767 s
TON
10 ms
327,67 s
100 ms
3276,7
- Các lệnh điều khiển counter:

CPU212
T0
T1-T4
T5-T31
T32
T33-T36
T37-T63

CPU214
T0, T64
T1-T4; T65-T68
T5-T31; T69-T95
T32; T96
T33-T36; T97-T100
T37-T63; T101-T127

Counter là bộ đếm hiện chức năng đếm sườn xung trong PLC S7-200. Các bộ đếm
trong S7-200 được chia làm hai loại: Bộ đếm tiến CTU và bộ đếm tiến/lùi CTUD.
3.2 Giới thiệu về cảm biến

3.2.1 Loadcell đo khối lượng
Trong công nghiệp cũng như đời sống thì loadcell được ứng dụng rất rộng từ
những cân điện tử dùng gia dụng đến những cân dùng cân trọng lượng ô tô hay là cân
nguyên liệu đầu vào và thành phẩm ra ở nhiều nhà máy. Trong trạm trộn Loadcell

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 12


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
được ứng dụng để đo khối lượng xi măng, đá, cát cho mỗi mẻ trộn. Cấu tạo chính của
loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành 1 cầu điện trở
Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của than loadcell.

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của Loadcell
Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell giữa hai góc (1) và (4)
của cầu điện trở Wheatstone và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc (2) và (3). Tại
trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần
bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị. Đó là lý do tại sao cầu điện
trở Wheatstone còn được gọi là một mạch cầu cân bằng. Khi có tải trọng hoặc lực tác
động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn
tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán
trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges. Sự
thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra. Sự thay đổi điện áp này là rất
nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của
các bộ chỉ thị cân điện tử. (Tham khảo: />Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác
nhau. Để cân khối lượng cát, đá, xi măng trong trạm trộn bê tông xi măng ta sử dụng
Loadcell TSB.

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 13


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành

Hình 3.2: Loadcell TSB
Loadcell TSB có các thông số kỹ thuật chính như sau:
- Mức tải tối đa (kg): 50, 100, 200, 300, 500, 1000
- Điện áp biến đổi (mV/V): 2 ± 0.002
- Sai số lặp lại (%R.C): ≤0.01
- Độ trễ (%R.C): ≤ ± 0.02
- Sai số tuyến tính (%R.C): ≤ ± 0.02
- Quá tải (30 phút) (%R.C): ≤ ± 0.02
- Cân bằng tại điểm '0' (%R.C): ≤ ± 1
- Bù nhiệt (°C): -10 ~ +40
- Nhiệt độ làm việc (°C): -20 ~ +65
- Nhiệt độ tác động đến tín hiệu ra (%R.C/°C): ≤± 0.002
- Nhiệt độ tác động làm thay đổi điểm'0' (%R.C/°C): ≤ ± 0.002
- Điện trở đầu vào (Ω): 381 ± 4
- Điện trở đầu ra (Ω: 350±1
- Điện trở cách điện (MΩ): ≥ 5000 (ở 50VDC)
- Điện áp kích thích (V): 5 ~ 15 (DC/AC)
- Điện áp kích thích tối đa (V): 20 (DC/AC)
- Quá tải an toàn (%R.C): 150

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 14

Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
- Quá tải phá hủy hoàn toàn (%R.C): 300
- Tuân thủ theo tiêu chuẩn: IP67
(Tham khảo: )
3.2.2

Cảm biến đo mực chất lỏng hoặc các hỗn hợp bằng phương pháp siêu âm

Có nhiều loại cảm biến đo mực chất lỏng theo các phương pháp khác nhau như:
Phương pháp thủy tĩnh, phương pháp điện, phương pháp siêu âm. Cảm biến siêu âm có
ưu điểm cho phép đo mực chất lỏng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với môi trường
đo, ưu điểm này rất thuận lợi cho việc đo các chất lỏng có môi trường độc hại như
nhiệt độ cao, khả năng ăn mòn lớn. Cảm biến đo mực chất lỏng bằng phương pháp
siêu âm do không tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng cần đo nên có độ bền cao.
Cảm biến siêu âm có 4 bộ phận chính: Bộ phận phát và nhấn sóng siêu âm, bộ phận
so sánh, mạch phát hiện và mạch ngõ ra.
Bộ phát và nhận sóng siêu âm gồm một đĩa Ceramic kiểu áp điện được gắn dưới bề
mặt của cảm biến, đĩa này có khả năng phát hiện và thu sóng siêu âm. Khi có một điện
áp cao được đưa vào thì đĩa sẽ rung động tạo ra sóng siêu âm. Khi sóng siêu âm được
phát đi gặp một vật cản thì tại đó sẽ dội ngược lại một sóng siêu âm mới có tần số
tương tự nhưng có biên độ nhỏ hơn. Khi cảm biến nhận được sóng siêu âm phản hồi
thì bộ phận so sánh sẽ tính toán bằng cách so sánh thời gian phát và nhận sóng siêu
âm, vận tốc sóng siêu âm để tính ra thời gian đi của sóng siêu âm và khoảng cách giữa
cảm biến và vật cản. Tín hiệu ngõ ra của cám biến có thể là digital hay analog. Tín
hiệu digital báo có hay không sự xuất hiện của vật cản trong vùng cảm nhận của cảm
biến, tín hiệu analog chứa đựng thông tin khoảng cảnh từ vật cản đến cảm biến. Tần số
hoạt động: Nhìn chung các cảm biến siêu âm sử dụng trong công nghiệp hoạt động với
tần số từ 25KHz đến 500KHz, các cảm biến siêu âm y khoa thì hoạt động với tần số

5MHz trở lên. Tần số hoạt động của cảm biến tỷ lệ nghịch với khoảng cách phát hiện
của cảm biến, với tần số 5KHz thì phạm vi hoạt động của cảm biến có thể lên tới 10m
hoặc hơn, với tần số 200KHz thì phạm vi hoạt động của cảm biến giới hạn ở mức 1m.

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 15


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành

Hình 3.3: Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm
Trong sơ đồ công nghệ của trạm trộn bê tông nêu trên có sử dụng cảm biến Cảm
biến siêu âm Sick UM18-218127111 để đo mực phụ gia, mực nước trong bình đo và
mức thấp của hỗn hợp bê tông trong thùng trộn bê tông.

Hình 3.4: Cảm biến siêu âm Cảm biến siêu âm Sick UM18-218127111
Các thông số kỹ thuật của cảm biến Sick UM18-218127111
UM18-218127111 là cảm biến siêu âm
Nguồn cung cấp: 10 - 30 VDC
Ngõ ra Analog: 1 x 0 V ... 10 V
Thời gian khởi tạo: < 300 ms
Tần số siêu âm : 200 kHz
Kiểu kết nối : bộ kết nối M12 , 5-pin

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 16

Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
Nhiệt độ hoạt động: -25 °C đến +70 °C
Khoảng cách phát hiện: 120 mm - 1300 mm
Vật liệu phát hiện: Brass nickel-plated
(Tham

khảo:

/>
UM18-218127111-ad112561.html )
3.3 Các thiết bị chấp hành và cơ cấu chấp hành
3.3.1 Thiết bị chấp hành:
3.3.1.1 Động cơ M1:
M1 là Động cơ điện không đồng bộ 3 pha 3K160S4 được sử dụng trong trạm trộn bê tông
để quay vít tải xi măng. Động cơ M1 có các thông số kỹ thuật như sau:

Loại động cơ
Điện áp (V)
Dòng điện (A)
Tốc độ vòng quay (v/phút)
Công suất (kW)
Hiệu suất (%)
Hệ số công suất
Khối lượng (Kg)

Động cơ không đồng bộ 3 pha
220/380
38.6/22.3
1450
11

87
0.86
96
Hình 3.5 Động cơ 3K160S4

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 17


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
3.3.1.2 Động cơ M2:
M2 là Động cơ điện không đồng bộ 3 pha 4K160S4 được sử dụng trong trạm trộn bê tông
để kéo băng chuyền cấp liệu(cát, đá). Động cơ M2 có các thông số kỹ thuật như sau:

Loại động cơ
Điện áp (V)
Dòng điện (A)
Tốc độ vòng quay (v/phút)
Công suất (kW)
Hiệu suất (%)
Hệ số công suất
Bội số mô men cực đại
Bội số mo men khởi động
Bội số dòng điện khởi động
Khối lượng (Kg)

Động cơ không đồng bộ 3 pha
220/380
50.3/29

1450
15
89
0.88
2.2
2
6.9
140
Hình 3.6 Động cơ 4K160S4

3.3.1.3 Động cơ M3:
M3 là Động cơ điện không đồng bộ 3 pha Hem 3K200S4 được sử dụng trong trạm trộn bê
tông quay cánh trộn. Động cơ M3 có các thông số kỹ thuật như sau:

Loại động cơ
Điện áp (V)
Dòng điện (A)
Tốc độ vòng quay (v/phút)
Công suất (kW)
Hiệu suất (%)
Hệ số công suất
Bội số mô men cực đại
Bội số mô men khởi động
Bội số dòng điện khởi động
Khối lượng (Kg)

Động cơ không đồng bộ 3 pha
220/380
50.3/29
1470

22
90
0.9
2.2
1.9
6.5
214
Hình

3.7

Động

cơ

3K200S4
3.3.1.4 Van điều khiển bằng khí nén
Các van trong trạm trộn đều được điều khiển bằng khí nén. Van điều khiển bằng
khí nén có hai phần chính: Phần van cơ, phần điều khiển khí nén – xi lanh.
- Phần van cơ: Đây là bộ phận trực tiếp tạo ra trạng thái đóng mở của van. Van cơ
thường được sử dụng là van bướm, van bi, van cửa, van cầu,…Trong sơ đồ công nghệ

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 18


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
của trạm trộn các van V1, V2, V3, V4, V5, V8 là van cửa, V6 là van bi, V7 là van
bướm.

- Phần điều khiển khí nén – xi lanh: Đây chính là phần quan trọng nhất trong van điều
khiển bằng khí nén, phần này được điều khiển bằng áp lực khí nén. Phần điều khiển
khí nén này thường là xi lanh khí nén hai chiều để đóng và mở van.
a/. Các van dạng cửa: V1, V2, V3, V4, V5, V8.
Các van dạng cửa bao gồm một cửa van thép và một xi lanh điều khiển bằng khí nén
hai chiều CA2-Z.

Hình 3.9: xi lanh khí nén CA2-Z
Các thông số kỹ thuật của xi lanh khí nén CA2-Z:
Kích thước nòng
40/50/63/80/100 mm
Hành trình
25 -700 mm (trên 700 mm liên hệ)
Kiểu tác động
Hai tác động, 1 trục
Lưu chất
Khí nén
Gá lắp
Cơ bản, mặt bích, chân đế, clevis đôi, clevis đơn, chốt quay
Áp suất phá hủy
1.5 Mpa
Áp suất hoạt động tối đa
1.0 Mpa (tiêu chuẩn 0.7 Mpa)
Áp suất hoạt động tối thiểu
0.05 Mpa
Nhiệt độ lưu chất và môi trường -10 ~ 700C (không đóng băng)
Tốc độ piston
50 ~ 500 mm/s
Tùy chọn vòng từ
Không có vòng từ, có vòng từ.

b/. Van V6, V7: Là các van đóng mở đường ống xả phụ gia và nước sau khi đỉnh
lượng, loại van được sủ dụng là van bướm điều khiển bằng khí nén có thông số kỹ
thuật như sau:
- Kích cỡ: 40A-1500A
- Thân van: Gang, Gang dẻo, Thép, Inox
- Đầu khí nén: Hợp kim nhôm

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 19


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
- Đĩa , trục: Inox
- Lớp lót: EPDM, Viton, Teflon, Inox.
- Áp lực: JIS :10K, 20K …/ANSI: 150LB, 300LB
- Nhiệt độ: -20°C đến 350°C
- Hoạt động: ON/OFF; tuyến tính
- Sử dụng: Hơi, Khí, Dầu, Nước, Gas…
- Xuất xứ : Japan, Korea

Hình 3.10: Van khí nén dạng bướm
3.3.1.5 Máy bơm phụ gia B1:
Bơm B1 được sử dụng để bơm phụ gia từ bể chứa đến thiết bị định lượng phía trên
thùng trộn. Trong sơ đồ công nghệ trạm trộn sử dụng bơm định lượng PM-030PE có
các thông số kỹ thuật như sau:
Model
Công suất (W)
Điện áp (V)
Lưu lượng max(L/phút)

Cột áp tổng:
Nhiệt độ nước max:(độ C)
Nhà sản xuất

PM-030PE
:0.03 KW
: 220V – 50Hz
:15
2.5 m
60
WILO Đức
Hình 3.11: Bơm định lượng phụ gia PM-030PE

3.3.1.6 Máy bơm nước B2:
Trong sơ đồ công nghệ trạm trộn nước được bơm từ bể chứa đến bình định lượng
nằm phía trên thùng trộn bằng máy bơm PM-1503PG. Các thông số kỹ thuật của máy
bơm PM-1503PG như sau:
Model
Công suất (W)
Điện áp (V)
Lưu lượng max(L/phút)
Cột áp tổng:
Nhiệt độ nước max:(độ C)
Nhà sản xuất

PM-753FG
:1.5 KW
: 220V/380V
: 350
25 m

80
WILO Đức
Hình 3.12: Bơm định lượng phụ gia PM-753FG

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 20


Chương 3: Tóm tắt sơ lược về PLC S7-200, cảm biến, các TB và cơ cấu chấp hành
3.3.2 Cơ cấu chấp hành:
3.3.2.1 Trục vít xiên:
Trục vít xiên là thiết bị thường được sử dụng để vận chuyển các vật liệu dạng bột.
Trong sơ đồ công nghệ của trạm trộn sử dụng trục vít loại LSY250 để vận chuyển xi
măng từ si lô sang thùng cân. Trục vít xiên LSY250 có các thông số như sau:
Động cơ điện: 11Kw
Chiều dài: 8m
Năng suất: 50 tấn/h
Góc xiên tốt nhất : ≤35o
Tốc độ xoắn: 209 vòng/phút
Đường kính trong: 273mm
Hình 3.13: Vít tải LSY300
3.3.2.2 Cánh trộn: Cánh trộn là cơ cấu trộn bê tông cưỡng bức. Cánh trộn được vận
hành bằng động cơ điện xoay chiều M3.
3.3.2.3 Băng tải: Trong sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông xi măng Băng tải là cơ cấu
vận chuyển cốt liệu đã được định lượng đến thùng trộn. Băng tải được vận hành
bằng động cơ M2.

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 21


Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển tự động trạm trộn BTXM dùng PLC S7-200
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRẠM TRỘN BÊ
TÔNG XI MĂNG DÙNG PLC S7-200
4.1 Sơ đồ công nghệ

4.2 Phân công vào ra
TT
1
2
3
4

Symbol
START
STOP
CB1T
CB1C

Address
I0.0
I0.1
I0.2

Comment
Nút ấn khởi động hệ thống
Nút ấn dừng hệ thống

Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong

I0.3

thùng cân đá
Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong

5

CB2T

I0.4

thùng cân đá
Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong

6

CB2C

I0.5

thùng cân cát
Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong

7

CB3T

I0.6

thùng cân cát
Cảm biến ứng với mức khối lượng thấp trong

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 22


Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển tự động trạm trộn BTXM dùng PLC S7-200

8
9
10

CB3C
CB4
CB5

I0.7

thùng cân xi măng
Cảm biến ứng với mức khối lượng cao trong

I1.0

thùng cân xi măng
Cảm biến ứng với mức thấp trong thùng đo phụ

I1.1

gia
Cảm biến ứng với mức cao trong thùng đo phụ

11
12
13
14

CB6
CB7
CB8
CB9

I1.2
I1.3
I1.4
I1.5

gia
Cảm biến ứng với mức thấp trong thùng đo nước
Cảm biến ứng với mức cao trong thùng đo nước
Cảm biến mức thấp trong thùng trộn
Cảm biến có/không có xe chuyên chở BTXM ở vị

15
16
17
18
19

20
21
22
23
24
25

M1
M2
M3
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V7
V8

Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1
Q1.2

trí nhận BTXM.
Động cơ quay trục vít vận chuyển xi măng
Động cơ kéo băng tải
Động cơ quay cánh trộn bê tông
Van điện từ đóng mở cửa xả phểu đá
Van điện từ đóng mở cửa xả phểu cát
Van điện từ đóng mở cửa xả cân đá
Van điện từ đóng mở cửa xả cân cát
Van điện từ đóng mở cửa xả cân xi măng
Van điện từ đóng mở cửa xả bình đo phụ gia
Van điện từ đóng mở cửa xả bình đo nước
Van điện từ đóng mở cửa xả bê tông của thùng

Q1.3
Q1.4
Q1.5

trộn
Bơm phụ gia
Bơm nước
Đèn tín hiệu báo Trạm trộn BTXM bắt đầu làm

Q1.6

việc
Đèn báo có xe chở BTXM tại vị trí nhận BTXM

26
27

28
29

B1
B2
D1
D2

4.3 Lưu đồ thuật toán

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 23


Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển tự động trạm trộn BTXM dùng PLC S7-200

4.5 Lập chương trình điều khiển dạng LAD

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 24


Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển tự động trạm trộn BTXM dùng PLC S7-200

SVTH: Đào Quang Lai – Lớp 14D1-B2

Trang 25