Hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông

1

1


2

2


3

3


4

4


5

5


6

6


7

7


8

8


9

9


10

10


CHƯƠNG 7. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
7.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điều khiển trạmtrộn:
Hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông, phải là một hệ thống thiết bị
điện hoàn chỉnh, làm việc với điện lưới công nghiệp 380V. Có khả
năng định lượng tự động một cách chính xác khối lượng cấp phối các
thành phần: Xi măng, cát, đá, nước.. cho từng mẻ trộn cũng như tỷ lệ
cấp phối cho từng loại mác bê tông. Để đáp ứng yêu cầu công nghệ
phù hợp vớ i hệ thống cơ khí, cần phải phối hợp điều khiển các cơ cấu
công tác chấp hành như các động cơ, xilanh khí nén..
Trên cơ sở công thức phối liệu do người sử dụng đặt vào trước đó, hệ
thống điều khiển sẽ tiến hành đóng mở các van khí cấp liệu một cách

thích hợp sao cho các thành phần phối liệu được đưa vào buồng trộn
theo đúng khối lượng và công nghệ yêu cầu. Việc thay đổi tỷ lệ của
từng loại mác bêtôn cần được thao tác thuận tiện và nhanh chóng,
không quá phức tạp đối vớ i người sử dụng. Hệ thống cũng cần phải có
đầy đủ phần hiển thị tình trạng hoạt động của trạm, giúp người vận
hành dễ dàng theo dõi, can thiệp trong khi hoạt động, cũng như đảm
bảo các thiết bị đóng cắt an toàn, cho cả hệ thống điều khiển và các cơ
cấu chấp hành của trạm.
Ngoài ra về mặt công nghệ, do nhu cầu sử dụng ngoài trời, trong môi
trường công nghiệp khắc nghiệt với nhiệt độ và độ ẩm tương đối lớn, nên
hệ thống điều khiển cần có độ tin cậy của các thiết bị thành phần, nhất là
các bộ xử lý, các hệ thống đo lường, cảm biến...Hơn nữa trong quá trình
định lượng, những sai sót trong việc đóng mở sớm hoặc chậm của cơ cấu
chấp hành là không thể tránh khỏi, do đó các trạm trộn hiện đại còn có
thêm bộ so sánh.
7.2 Nguyên lý làm việc và cấu tạo của hệ thống .
11

11


Sơ đồ cách đấu nguồn điện của tủ điện (hình 7.1)
Với sơ đồ trên điện áp từ điện lưới được dẫn vào tủ điện nhờ
đóng attômat 200A, GZ là các cầu chì đảm bảo an toàn. Vôn kế
(V) đo điện áp pha mạng điện. Dòng điện qua thiết bị kiểm tra
ba pha KTF, ổn áp lấy ra điện áp 220V cho ổ cắm bảng tính điện
tử BUCODAT và ổ cắm đầu vào PLC. Mạch điều khiển được lấy
ra từ nguồn điện áp 24(V)

57

24 v dc
Nguån
24V

65

67

Dõng tæng

220V

Ap 15 A

D

C

65

Hz

V

V

GZ

220V

æ c¾m PLc

æ c¾m bucodat

55

Ty 200/5A

12

63

53

66
Ap 15 A

61 62
60

Ap 15 A
52
50

D

50

12

Nguån vµo
A
B

Ap 200 A

A

200/5

A1

B1

C1

56

æn
¸p

C KTF

B

A

KiÓm tra 3 pha

55

Từ những yêu cầu trên, hệ thống điều khiển được hoặc định thành


Hình 7.1 Cách đấu vào nguồn điện của tủ điện
các khối chính như sau:
Cụm cân (đo trọng lượng các thành phần phối liệu): bao gồm các
đầu cân(cảm biến trọng lượng( Load cell), các cơ cấu chấp hành liên
quan như các van khí nén đóng mở các cửa cấp liệu, vít tải bơm xi
măng, bơm cấp nước.
Cụm gầu kéo: các công tắc hành trình, động cơ kéo gầu
Cụm cửa xả: các cửa xả nước, xi măng, bêtông sau khi đã trộn..
Khối xử lý khả lập trình (PLC): xử lý logíc các hành trình, theo qui
trình công nghệ được lập sẵn.
Sơ đồ nguyên lý của trạm được trình bày như trên hình( Hình 7.2)
* Cấu hình của hệ thống bao gồm:
- Cụm cân:
01 bộ BUCODAT – 2 dùng cho cân cốt liệu và cân xi măng
01 bộ WE 31-82 dùng cho cân nước

Dưới đây là bảng kê các thiết bị điện tử:
STT
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10
11

Tên chi tiết
Giảm chấn cao su
Đầu đo cân nước
Đầu đo cân cốt liệu
Đầu đo cân Ximăng
Hộp nối đầu đo cân cốt liệu
Hộp nối đầu đo cân Ximăng
Hộp nối cân nước
Hộp nguồn cân nước
Cân nước (TD 200 or WLC2)
Hộp rơ le điều khiển
BUCODAT

Số lượng
07
01
03
03
01
01
01
01
01
01
01

Nước sản xuất
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức
CHLB Đức

* Tủ điều khiển trung tâm:
Bộ máy tính công nghiệp PLC S7-200: điều khiển toàn bộ quá
trình hoạt động của trạm trong chế độ tự đông.
13

13


Cỏc khi rele trung gian, cỏc cụng tc iu khin, cỏc ốn tớn hiu
theo s cụng ngh ó t ra
T iu khin ng lc: cỏc thit b úng ct, cỏc thit b bo v
ngn mch v quỏ ti..
1

2
3

4
cân

Cân
ximăng

cốt liệu

cân
nứơc

7

6

5
9

8

b1

b2

a1

Nguồn và
KĐ đầu đo

TD 200
10

bucodat - 3

plc(sienmt)

Cơ cấu chấp hành

điện động lực

cụm cân

(Các cửa cát đá,
vít tải, bơm nứơc)

(Điều khiển toàn trạm)

cụm gầu

(Các công tắc HT,
động cơ kéo skíp)

cụm cửa xả
(Các cửa xả nứơc,
ximăng, bêtông)

Hỡnh 7.2 S nguyờn lý iu khin trm

14

14

a2


15

15


®Çu vµo plc
67(+24V)

57(0V)

T C©n
T GÇu

T§

DS1
DS2
DS3

00
01
02
03

T§

04

T Cöa x¶ T§

05
PE1

06
07

EM1
DS
PE2

Lµm viÖc

§Æt §M

EM2

§Æt th«ng sè

SI KA

13
14

C©n PG

0
C©n

16
20

§1

21
§ 3 22
§2

23
24

§CN
§TX

25
D T1 26
D T 2 27
D T0

T3

30
31

T4

D TT
M TT

32
33

34
K 12 35
K 10

K 20 (GÇu lªn)
K21 (GÇu xuèng)

16

36
37

IM
I 0.0
I 0.1
I 0.2
I 0.3
I 0.4
I 0.5
I 0.6
I 0.7
I 1.0
I 1.1
I 1.2

I 1.3
I 1.4
2M
I 1.5
I 1.6
I 1.7
I 2.0
I 2.1

CPU
226

I 2.2
I 2.3
I 2.4
I 2.5
I 2.6
I 2.7
I M
I 3.0
I 3.1

E M 221

I 3.2
I 3.3
2 M
I 3.4
I 3.5
I 3.6

I 3.7

Hình 7.3 Sơ đồ điều khiển đầu vào PLC
16


®Çu ra plc

57(0V)

67(+24V)
1L
C©n T§

100

200

201
101

203

204
102

206

Q0.0

151
Q0.1
Q0.2
2L

R2
R3

Q0.3

207
103

KD c©n 1

Q0.4

104

K§ c©n 2

Q0.5
Q0.6

210

105

211
R11

212
106

213

214
R12

215

153

R11
R12

Q1.3

237

R14
4L
T GÇu T§

232
113

253

235

§T1

T2

254
R16
Q1.6

17

R14

247

§TT R14 R13
251 252
255

Q1.5 115

X¶xi

TGtrén

246

R15

154

Nø¬c
R7

R13

238

MTT
114
Q1.4

Xim¨ng

X¶BT

230

112

R6

R12

R7

228

Q1.2
231

R13
R16 236 §T2

111

R5

X¶nø¬c

226

225

R4

R11

R6

223

Q1.1
227

3L

221

220

110

Q1.0
222

T Cöa x¶ T§

§T0

R1

GÇu lªn
248 249
R15

§T2 R16
GÇu xuèng
R15

R16

B¶o vÖ gÇu

116

R17

17

Hình 7.4 Sơ đồ điều khiển đầu ra PLC

m¹ch c«ng t¾c hµnh tr×nh
67(+24V)

57(0V)

24 VDC

§1

400

§2

401

§3

402

§CN

403

§TX

404

§C0

405

§T1

406

§T2
§TT
MTT

§1
§2
§3
§CN
§TX
§C0
§T1

407

§T2

408 §TT §en

Xanh

N©u

409

Xanh

MTT §en

Hình 7.5 Sơ đồ mạch công tác hành trình

18

18


m¹ch c¸c ®Ìn b¸o

66

56

220V

T§
T§
T§
T§
T§
T§

§1

420

§2

421

§3

422

§CN

423

§TX

424

§T0

425

§T1

426

§T2

427

§TT

428

MTT

429

R14

430

C©n
C©n
GÇu
GÇu
Cöa x¶
Cöa x¶

T

440

T

441

T

442

T

443

T

444

T

445

§Çm rung

446

K15

447

19

19


Hình7.6 Sơ đồ mạch các đèn báo

m¹ch §iÒu khiÓn c¸c van

66

56

220V

R1

300

VTP1

R2

301

VTP2

R3

302

VTP3

R11

305

VXX

R12

306

VXN

R13

307

VXBT

R14

308

MTT

309

R4

310

R5

311

T3
T4

F1

F2

R15

K20

R16
20

K21
20

TGtrén

TGx¶


K20

21

C1

A1
B1

Cáp 3

ì4

21

+ 1 ì 2.5

K21

C7

13 kw

Động cơ
kéo skíp

B7

A7

PT

K12

Động cơ
vít tải xiên
7,5kw

Động cơ
máy trộn

37kw

PT

K15

Mạch động lực

PT

K23

2,2kw

Động cơ
bơm nứơc

PT

0,7kw

Động cơ
đầm rung

K25

Hỡnh 7.7S mch iu khin cỏc van


Hình 7.8 Sơ đồ mạch động lực

Cụm cân: hệ thống làm việc ở hai chế độ: chế độ cân tự động và chế
độ cân băng tay. Chế độ bằng tay: đường 67 có điện áp 24V đến
điểm giữa của công tác 4 vị trí 1L. Khi cần xả thành phần1(TP1: ví
dụ đá 1), công tắc bật đến đường 100, cấp 24V một chiều qua diode
đến điểm 200, đặt áp điều khiển lên rele trung gian R1. Khi ben cốt
liệu ở vị trí cuối, công tắc hành trình ĐT0 (Điểm Trên 0) được nối,
rele R1 làm việc qua đường 67-1L-100-200-57, tiếp điểm của nó nối
đường 66-300-56, đặt 220V lên cuộn hút của van VTP1 (Van Thành
Phần 1), mở của cấp liệu đá 1 đổ xuống gầu cân. Người vận hành
nhìn chỉ số cân trên đồng hồ để điều khiển, khi nào thì chuyền đến
TP2. Tương tự như vậy, R2 làm việc qua dường 101-203-57, sẽ đóng
van VTP2..
Khi ở chế độ tự động, chuyển mạch T-ĐT nối 24V từ đường 67
đến 151, cấp điện đến khối chấp hành của PLC, khi các đầu ra của
PCL hoạt động, Q0.0, Q0.1.. sẽ đóng các rele R1, R2... tương ứng.
Các cơ cấu chấp hành (VTP1, VXN..) sẽ hoạt động theo đúng qui
trình đã lập sẵn, người vận hành chỉ theo dõi, không phải trực tiếp
điều khiển cân.
Các cụm cửa xả, cụm gầu kéo cũng tương tự, hoặc là được điều
khiển bởi công tắc chuyển mạch trên bàn điều khiển( 3L-110, 3L111.. 4L-114, 4L-115..) trong chế độ bằng tay, hoặc điều khiển bởi
đầu ra của PLC Q1.0, Q1.1.. Q1.6 trong chế độ tự động.
Sơ đồ động lực(Hình8.1)
Để điều khiển gầu lên, Rơle R15 đóng K21, đóng 3fa 380 cho đông
cơ D1, tiếp điểm thường đóng R15 ngắt mạch 255 của R16, khoá lẫn
chiều xuống, động cơ chạy đến điểm hành trình trên, chạm công tắc
ĐT1 thì dừng lại. Tiếp điểm của nó báo đến đầu vào I2.6 của PLC
qua đường 67-26, chuyển trạng thái tiếp theo trong chế độ tự động,
22

22

còn trong chế độ bằng tay thì nó ngắt tác dụng của chuyển mạch L4114. Qui trình hoạt động tương tự như thế với hành trình xuống của
gầu qua R16, K20, đặt áp 380 đảo fa cho động cơ D1 quay theo
chiều ngược lại. Các động cơ khác như bơm nước, vít tải, đầm rung
làm việc theo chế độ on/off, cũng được điều khiển qua các rơle trung
gian R6, R7.. đóng các K12, 15.

23

23


CHƯƠNG 8. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM TỜI - GẦU SKÍP
8.1 Giới thiệu chung
Tời kéo cụm gầu nạp cốt liệu để vận chuyển vật liệu từ bunke chứa đến nồi trộn.
Gầu nạp gồm có puly kéo gầu được dẫn động nhờ chuyển động của tang truyền qua
cáp. Cụm bánh xe di chuyển và các bánh xe ngoài tác dụng di chuyển còn có tác
dụng để mở cửa xả cốt liệu. Khi chưa đén vị trí xả liệu hai bánh xe sau của gầu đóng
vai trò di chuyển, đến vị trí xả liệu hai bánh xe sau bị giữ lại bởi các rãnh trên ray.
Lúc này hai bánh xe phụ ở sau cùng bắt đầu tham gia vào quá trình chuyển động và
cửa xả liệu bắt đầu mở ra.
Tời kéo gầu có nhiệm vụ kéo gầu lên trong 20s và hạ gầu xuống trong 20s. Thời
gian xả cốt liệu từ gầu nạp đến nồi trộn là 10s
8.2 Tính toán về cụm gầu – puly
8.2.1 Tính toán các lực tác dụng lên gầu
Các số liệu sơ bộ của gầu:
Coi hình bao gầu có dạng hình hộp chữ nhật như (hình 8.1)
+ Chiều dài 2,3m, chiều rộng 1,6m
+ Chiều cao 0,85m, bề dày tôn chế tạo gầu 6mm

+ Thể tích gầu chứa Vgàu = 0,5.2,3.1,6.0,85 = 1,6m3
+ Khối lượng của gầu có thể sơ bộ tính như sau:

γ

mgàu = 2(2,3 +1,6).085.0,006. =0,03978.7860 = 315(kg)
+ Khối lượng của gầu cộng với cốt liệu:

850

m(gàu +cl) = 315 + 1932 = 2247(kg)

24

24
2300

16

00


Hình 8.1 Các kích thước bao của gầu
Do đó trọng lượng của gầu chứa cốt liệu là:
G = m (gàu

+ cl)

.g = 2247.9,81 = 22043(N)

+ Lực cản do gầu và cốt liệu gây ra theo phương chuyên động
Gsin

∝

= 22043.sin70 0 = 20713(N)

+ Lực cản mở cửa xả trước khi gầu bắt đầu xả. Lúc này bánh xe mở cửa
xả đóng vai trò bánh xe di chuyển trên ray. Lực cản đóng vai trò phản
lực tác dụng lên hai bánh xe.

∝

F c = N = G.cos = 22043.cos70 0 = 7539(N)
+Lực cản do di chuyển ma sát:
Được xác định theo công thức trong trang 76 TL[7]

W m S = G.

f .d + 2.µ
.k
Dbx

(8.1)

Trong đó:
G – Trọng lượng gầu và cốt liệu, G = 22043(N)
f – Hệ số ma sát trong ổ đỡ bánh xe, f = 0,015 trang 51TL [7]
d- Đường kính ngỗng trục, d = 50(mm)
D b x - Đường kính bánh xe, D b x = 130(mm)

k- Hệ số kể đến lực cản ma sát giữa thành bánh xe với ray
k = 1,2 trang 52 TL[7]

µ
µ

- Hệ số cản lăn của bánh xe với ray, tra bảng 24 TL[7]
= 0,03

Thay các số liệu trên vào ta tính được
W m s = 12361(N)
-

Hợp lực cản tác dụng lên gầu:

W = G.sin70 0 + W m s + F c = 40612(N)
25

25