Thiết kế và thi công mô hình trạm trộn bê tông dùng PLC s7 300 và mô phỏng trên WinCC

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối
với sự phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật, … thì tự
động hóa không còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Ở các nước này máy móc hầu
như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn
và thay vào đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển
giám sát trực tiếp quá trình sản xuất thông qua máy tính.
Bên cạnh đó, đất nước ta đang trong giai đoạn phát triển mạnh, đặc biệt là về xây
dựng. Rất nhiều các công trình có quy mô lớn đã và đang được thi công. Điều đó đòi hỏi
một số lượng lớn các trang thiết bị phục vụ cho việc xây dựng công trình, trong đó có
trạm trộn bê tông xi măng. Các trạm trộn bê tông xi măng đang được sử dụng ở nước ta
hiện nay rất đa dạng và phong phú cả về chủng loại, kích cỡ và xuất sứ, trong đó có rất
nhiều trạm do Việt Nam chế tạo.
Từ những thực tế trên, em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế và thi công mô hình
trạm trộn bê tông dùng PLC S7 300 và mô phỏng trên WinCC” để làm đồ án tốt
nghiệp của mình.
Nội dung của đề tài gồm 3 chương:
 Chương 1: Tổng quan về trạm trộn bê tông tự động
 Chương 2:giới thiệu về về PLC S7 300,WIN CC và trang bị điện cho trạm bê tông.
 Chương 3: Thiết kế chế tạo trạm trộn bê tông dùng PLC S7 300 và mô phỏng bằng

WinCC
 Phần kết luận và tài liệu tham khảo
Để hoàn thành đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy ThS. Tạ
Hùng Cường đã hướng dẫn nhiệt tình để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Em xin
gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trong Viện Kỹ Thuật và Công Nghệ,
trường Đại học Vinh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho em trong
suốt thời gian theo học ở trường. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong
đồ án tốt nghiệp sẽ không tránh khỏi sự sai lầm và thiếu sót vì vậy em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp của Quý thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, Ngày tháng 5 năm 2018

1


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án đã giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý làm việc hệ thống tự động trộn bê
tông thực tế dùng bộ điều khiển PLC, đồ án cũng đã trình bày về cấu trúc cũng như
nguyên lý làm việc của hệ thống tự động dùng PLC cũng như mô phỏng hệ thống
trên WinCC. Đồ án cũng đã xây dựng được mô hình trộn bê tông tự động và mô
phỏng hệ thống trên WinCC.
Introduction to the configuration, config of the system for the PLC auto
process using the PLC controller, the graphic will be displayed to be configured as
the database of your system using PLC also as system systems on WinCC. Toy was
already built in the auto shelled modules and system systems on WinCC.

2


MỤC LỤC

3


CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Hình 1.1 Trạm trộn bê tông hương kính tai nghệ an
Hình 1.2 Trạm trộn bê tông cố định.
Hình 1.3 Trạm trộn bê tông đi động.
Hình 2.1 Xy lanh khí nén
Hình 2.2 Nguyên lý làm việc của xy lanh khí nén

Hình 2.3 Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc
Hình 2.5 Các module
Hình 2.6 Mudule CPU
Hình 2.7 Module IM
Hình 2.8 Khởi tao NEW project
Hình 2.9 Chọn CPU
Hình 2.10 Chọn ngôn ngữ làm việc
Hình 2.11 Lữu tên chương trình
Hình 2.12 Giao diện 1 program
Hình 2.13 Giao diện làm việc
Hình 2.14 Đặt tên địa chỉ vào ra
Hình 2.15 PLC SIM
Hình 2.16 Tạo kết nối với PLC
Hình 2.17 Tạo drive kết nối PLC
Hình 3.1 Sơ đồ thuật toán
Hình 3.2 Đặt địa chỉ vào ra
Hình 3.3 Mô phỏng trên wincc
Hình 3.4 Kết nối mạch với wincc
Hình 3.5 Kết nối mạch với wincc

4


CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Bảng 1.1.Thành phần cấp phối theo trọng lượng
Bảng 1.2.Bảng phối phối theo thể tích tuyệt đối
Bảng 2.1 Tính chọn công suất động cơ

5

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
PLC

Programmable Logic Controller

CPU

Central Processing Unit

6


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
1
1

Giới thiệu chung về trạm trộn bê tông
Khái niệm
Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước. Trong đó
cát, đá chiếm 80% - 85%, xi măng chiếm 8% - 15%, còn lại là khối lượng nước.
Ngoài ra còn có thêm phụ gia vào để thoả mãn yêu cầu đặt ra.
Hỗn hợp vật liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông, hỗn hợp bê tông
phải có độ dẻo nhất định, tạo hình và dầm chặt được dễ dàng.
Cốt liệu có vai trò là bộ khung chịu lực, vữa xi măng và nước bao bọc xung
quanh đóng vai trò là chất kết dính, đồng thời lấp đầy khoảng trống của cốt liệu.
Khi rắn chắc, hồ xi măng kết dính các cốt liệu thành một khối đá và được gọi là bê
tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép.

Hình 1.1 Hình ảnh trạm trộn bê tông hương kính tại nghệ an
1.1.2. Phân loại
Bê tông có nhiều loại, có thể phân loại như sau:
* Theo cường độ ta có:
Bê tông thường có cường độ từ 150 - 400 daN/cm2
Bê tông chất lượng cao có cường độ từ 500 - 1400 daN/ cm2

7


* Theo loại kết dính
Bê tông xi măng, bê tông silicát, bê tông thạch cao, bê tông polime, bê tông
đặc biệt
* Theo loại cốt liệu:
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt, bê tông
cốt kim loại.
*Theo phạm vi sử dụng:
Bê tông thường được dùng trong kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm,
sàn). Bê tông thuỷ công dùng để xây đập. Bê tông đặc biệt, bê tông chịu nhiệt, bê
tông chống phóng xạ.
1.1.3. Vật liệu làm bê tông
Để kết cấu được bê tông nhất thiết cần có các nguyên liệu sau:
 Xi măng

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

một chút (với cự li bằng 243 lần đường kính hạt xi măng).
Trong trường hợp này phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bê
tông khá cao và yêu cầu cốt liệu cao hơn cường độ bê tông khoảng 1,5 lần. Khi bê
tông chưá lượng hồ xi măng lớn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức
chúng hầu như không có tác dụng tương hỗ nhau. Khi đó cường độ của đá, xi măng
và cường độ của vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ bê tông nên
yêu cầu cốt liệu thấp hơn.
Tuỳ yêu cầu của loại bê tông có thể dùng các loại xi măng khác nhau, có thể
dùng xi măng pô lăng, xi măng pô lăng bền sunfat, xi măng pôlăng xủ, xi măng
puzolan và các chất kết dính khác để thoả mãn yêu cầu của chương trình.
 Cốt liệu nhỏ – cát
Cát để làm bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ (0,14 5) mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), từ (0,15 - 4,75) mm theo tiêu chuẩn Mỹ,
từ (0,08 - 5) mm TCVN. Lượng cát khi trộn với xi măng và nước, phụ gia phải được

8


tính toán hợp lý, nếu nhiều cát quá thì tốn xi măng không kinh tế và ít cát quá thì
cường độ bê tông giảm.
 Cốt liệu lớn - đá dăm hoặc sỏi
Sỏi có mặt tròn, nhẵn, độ rộng và diện tích mặt ngoaì nhỏ nên cần ít nước, tốn
xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường
độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm. Ngược lại đá dăm được đập vỡ có nhiều
góc cạnh, diện tích mặt ngoài lớn và không nhẵn nên lực dính bám với vữa xi măng
lớn tạo ra được bê tông có cường độ cao hơn. Tuy nhiên mác của xi măng đá dăm
phải cao hơn hay bằng mác của bê tông tạo ra hay bê tông cần sản xuất.
 Nước
Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảo dưỡng
bê tông) phải đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và thời gian rắn
chắc của xi măng và không ăn mòn thép.. Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được.

Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn
hợp bê tông. Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng
và lượng nước do cốt liệu. Lượng nước trong bê tông xác định tính chất của hỗn
hợp bê tông. Khi lượng nước quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử nước chỉ hấp
thụ trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp, lượng nước tăng
đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nước trên mặt vật rắn dày
thêm, nội ma sát giảm xuống, độ lưu động tăng thêm, lượng nước ứng với lúc bê
tông có độ lưu động lớn nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước của
hỗn hợp.
Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong
nước bẩn nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong một lít nước.
Tuy nhiên cường độ bê tông sẽ giảm và không được sử dụng trong bê tông cốt thép.
 Phụ gia

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

9


Phụ gia rắn nhanh thường là loại muối gốc (CaCl 2) hay muối Silic. Do là chất
xúc tác và tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của C 3S và C2S mà phụ gia CaCl2 có khả
năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên mà không làm
giảm cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày.
Hiện nay người ta sử dụng loại phụ gia đa chức năng, đó là hỗn hợp của phụ
gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt hoặc các phụ gia tăng độ bền nước.
1.2 chức năng và cấu tạo của trạm trộn

1.2.1. chức năng của trạm trộn bê tông
Trạm trộn bê tông được chế tạo nhằm sản xuất ra bê tông với chất lượng tốt và
đáp ứng nhanh nhu cầu về bê tông trong xây dựng. Trạm trộn bê tông là hệ thống
máy móc có mức độ tự động hóa cao thường được sử dụng phục vụ cho các công
trình vừa và lớn hay cho một khu vực có nhiều công trình đang xây dựng.
Trước đây khi khoa học kĩ thuật chưa phát triển, máy móc còn nhiều lạc hậu
thì việc có được một khối lượng bê tông lớn chất lượng tốt là điều rất khó khăn.
Chính vì vậy để thiết kế những dây chuyền bê tông tự động là điều cần thiết
cho mỗi công trường cũng như ngành xây dựng trong nước.
* Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính:
Bộ phận chứa vật liệu và nước, bộ phận định lượng và máy trộn. Giữa các bộ
phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và các phễu chứa trung gian.
Công nghệ sản xuất bê tông nói chung tương tự nhau:
Vật liệu sau khi định lượng được đưa vào trộn đều. Trong trường hợp kết hợp
sản xuất bê tông và vữa xây dựng trong một dây chuyền thì có thể giảm được 32%
diện tích mặt bằng, từ 30% - 50% công nhân, từ 8% - 19% vốn đầu tư thiết bị. Một
nhà máy bê tông và vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông và vữa cung
cấp không quá 300.000 m3/năm.
1.2.2. Cấu tạo chung của trạm trộn
Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính: Bãi chứa cốt liệu, hệ thống máy trộn
bê tông và hệ thống cung cấp điện.

10


 Bãi chứa cốt liệu

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

cũng như lấy cốt liệu đưa lên máy trộn.
 Hệ thống máy trộn bê tông

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

Máy trộn

Có nhiệm vụ là tạo ra bê tông với những mác xác định.
Nhìn chung các máy trộn bê tông có nhiều loại và có tính năng khác nhau
nhưng cấu tạo chung của chúng đều có các bộ phận:
Bộ phận cấp liệu: Bao gồm máng cấp liệu và các thiết bị định lượng thành
phần cốt liệu khô như đá, cát, sỏi, xi măng.
Bộ phận thùng trộn: Thùng trộn.
Bộ phận dỡ sản phẩm.
Hệ thống cấp nước.
 Hệ thống cung cấp điện

Trạm trộn bê tông sử dụng nhiều động cơ có công suất lớn vì vậy trạm trộn bê
tông cần có một hệ thống cung cấp điện phù hợp để cung cấp cho các động cơ và
nhiều thiết bị khác.
1.3. Phân loại trạm trộn
Dựa theo năng suất, người ta chia các nơi sản xuất bê tông thành 3 loại như
sau :
Trạm bê tông năng suất nhỏ (10 ÷30 m3 / h)

Trạm trộn bê tông năng suất trung bình (30÷60 m3 / h)

11


Nhà máy sản xuất bê tông năng suất lớn (60÷120 m3 / h)
Có 2 dạng trạm trộn:
1.3.1. Trạm cố định
Trạm phục vụ cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ đồng thời cung cấp bê
tông phục vụ trong phạm vi bán kính làm việc hiệu quả. Thiết bị của trạm được bố
trí theo dạng tháp, một công đoạn có ý nghĩa là vật liệu được đưa lên cao một lần,
thao tác công nghệ được tiến hành. Thường vật liệu được đưa lên độ cao từ (18 - 20)
m so với mặt đất, chứa trong các phễu xi măng (chứa trong xi lô).
Trong quá trình dịch chuyển xuống chúng được đi qua cân định lượng sau đó
đưa vào máy trộn. Điểm cuối cùng của cửa xả bê tông phải cao hơn miệng cửa nhận
của thiết bị nhận bê tông.Trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn bê tông
nào chỉ cần chúng đảm bảo mối tương quan về năng suất với các thiết bị khác. Để
phục vụ cho công tác bê tông yêu cầu khối lượng lớn, tập trung, đường xá vận
chuyển thuận lợi, cự ly vận chuyển dưới 30 km thì sử dụng trạm này là kinh tế nhất.
Trong trường hợp vừa có các công trình tập trung yêu cầu 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 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.

12


Hình 1.2 Trạm trộn bê tông cố định
1.3.2. Trạm tháo lắp di chuyển được

Dạng này có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng, di động phục vụ một số vùng hay
công trình lớn trong một thời gian nhất định. Thiết bị công nghệ của trạm thường
được bố trí dạng 2 hay nhiều công đoạn, nghĩa là vật liệu được đưa lên cao nhờ các
thiết bị ít nhất là 2 lần. Thường trong giai đoạn này phần định lượng riêng và phần
trộn riêng, giữa hai phần được nối với nhau bằng thiết bị vận chuyển (gầu vận
chuyển, băng tải xe, xe vận chuyển).
Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băng chuyền....vào
các phễu riêng biệt sau đó là quá trình định lượng. Tiếp theo vật liệu được đưa lên
cao lần nữa để cho vào máy trộn.
Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn nào
miễn là đảm bảo mối tương quan về năng suất và chế độ làm việc của các thiết bị
khác. Cửa xả phải cao hơn cửa nhận bê tông của thiết bị vận chuyển (nếu tháp cao
hơn phải đưa lên cao một lần nữa). So với dạng cố định loại trạm này có độ cao nhỏ
hơn nhiều (từ 7m - 10m) nhưng lại chiếm mặt bằng khá lớn. Phần diện tích dành
cho khu vực định lượng, phần diện tích dành cho trộn bê tông và phần nối giữa hai
khu vực dành cho vận chuyển. Trên thực tế, tổng mặt bằng cho loại trạm này nhỏ
hơn vì chúng có sản lượng nhỏ hơn nên bãi chứa cũng nhỏ hơn.Khi xây dựng các
công trình phân tán, đường xấu, lưu thông xe không tốt thường sử dụng các trạm
trộn di động hoặc cung cấp bê tông khô trên các ô tô trộn. Việc trộn được tiến hành
trên đường vận chuyển hay tại nơi đổ bê tông.

13


Hình 1.3 Trạm trộn bê tông di động
1.3.3. Phân loại máy trộn
 Căn cứ theo phương pháp trộn được chia thành hai nhóm: Nhóm

máy trộn tự do và nhóm máy trộn cưỡng bức
*Nhóm máy trộn tự do:

Các cánh trộn được gắn trực tiếp vào thùng trộn, khi thùng trộn quay các cánh
trộn sẽ quay theo và nâng một phần các cốt liệu lên cao, sau đó để chúng rơi tự do
xuống phía dưới thùng trộn đều vơí nhau tạo thành hỗn hợp bê tông.
Loại máy này có cấu tạo đơn giản, tiêu hao năng lượng ít nhưng thời gian trộn
lâu và chất lượng hỗn hợp bê tông không tốt bằng phương pháp trộn cưỡng bức.
* Nhóm máy trộn cưỡng bức.
Là loại máy có thùng trộn cố định còn trục trộn trên có gắn các cánh trộn, khi
trục quay các cánh trộn khuấy đều hỗn hợp bê tông.
Loại máy này cho phép trộn nhanh, chất lượng đồng đều và tốt hơn máy trộn
tự do. Nhược điểm của nó là kết cấu phức tạp hơn, năng lượng điện tiêu hao lớn
hơn. Thường dùng các loại máy này để trộn hỗn hợp bê tông khô, mác cao hoặc các
sản phẩm yêu cầu chất lượng cao.
Theo cấu tạo thì trong các máy trộn cưỡng bức hiện nay đang sử dụng có hai
loại: Máy trộn trụcđứng (còn gọi là máy trộn dạng Rôto) và máy trộn trục nằm
ngang, đễu là máy trộn có thùng trộn cố định.
Máy trộn trục đứng:
Đối với các máy trộn trục đứng – như tên gọi – cánh trộn quay xung quanh các
trục đứng hoặc một trục thẳng đứng đặt trong khoang trộn hình trụ tròn hoặc hình
vành khăn. Người ta gọi các máy trộn này theo hình dáng của thùng trộn là các
“máy trộn hình đĩa”.
Máy trộn trục nằm ngang:
Máy trộn bê tông có trục nằm ngang - giống như hình dáng của nó – còn được
đặt tên là “máy trộn hình con rùa”. Trong các loại máy này, cánh trộn chuyển động
theo phương vuông góc với trục, với cùng một bán kính. Vì vậy sự hình thành dòng
hỗn hợp di chuyển theo phương thức trục trộn la do các cánh trộn đặt nghiêng thực

14


hiện (góc nghiêng của các cánh đó với phương hướng kính thường có giá trị

(400...500).
Theo nguyên lý hoạt động máy trộn cưỡng bức có hai loại: Máy trộn cưỡng
bức liên tục và máy trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ
Máy trộn cưỡng bức liên tục:
Quá trình nạp trộn và xả bê tông diễn ra đồng thời, loại máy này vật liệu vào
liên tục do các cánh trộn có hướng thích hợp nên vừa trộn vừa chuyển dịch về phía
xả, được dùng để sản xuất bê tông và vữa xây dựng có năng suất trộn từ 5 m 3/ h ữ
60m3 /h thậm chí 120 m3 / h. Thường các loại máy này được tổ hợp trong các trạm
trộn vì ở đó yêu cầu lượng bê tông và vữa lớn, số mác hạn chế .
Máy trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ:
Quá trình làm việc của máy diễn ra theo trình tự: Nạp liệu, trộn xả bê tông.
Loại này dùng để sản xuất bê tông với thời gian trộn nhanh, chất lượng cao. Thời
gian hoàn thành một mẻ trộn không đến 90s. Các máy này có dung tích nạp liệu từ
250 lít ữ 600 lít, thích hợp cho các trạm trộn riêng lẻ, phục vụ nhiều loại công trình
khác nhau.
Trong thực tế khi nhu cầu trộn bê tông lớn hơn 90m3 hay 1500 m3 tháng thì
phải thành lập trạm trộn bê tông trong nhà máy hay phân xưởng.
 Căn cứ vào phương pháp đổ bê tông xi măng ra khỏi thùng, chia thành 4 loại

Loại đổ bê tông bằng cách lật nghiêng thùng
Loại đổ bê tông bằng máng dỡ liệu
Loại đổ bê tông qua đáy thùng ( chỉ có loại máy trộn cưỡng bức)
Loại đổ bê tông bằng cách thùng quay ngược lại
* Phương pháp đổ bằng cách nghiêng lật thùng:
Chỉ thích hợp với các máy trộn kiểu tự do dung tích thùng nhỏ hơn 250 lít (đối
với loại lật thùng bằng lực quay tay) và nhỏ hơn 350 lít (loại lật thùng nhờ lực
cưỡng bức)
* Phương pháp đổ bằng máng:
Khi muốn lấy bê tông xi măng ra ta đưa máng vào, thùng trộn quay sẽ đổ bê
tông vào máng để chảy ra ngoài. Phương pháp này đổ chậm và không triệt để,

15


thường áp dụng với các máy trộn kiểu tự do hình trụ có dung tích thùng từ 450 lít
đến 1000 lít.
* Phương pháp dỡ liệu bê tông xi măng qua đáy thùng:
Dưới đáy thùng có cửa dỡ liệu. Khi lấy bê tông xi măng ra ta quay cửa tấm dỡ
liệu bê tông sẽ tự chảy ra. Việc đóng, mở các cửa dỡ liệu thường do các xi lanh thuỷ
lực hoặc hơi ép điều khiển. Phương pháp này thường áp dụng cho các máy trộn chu
kỳ kiểu cưỡng bức.
* Phương pháp dỡ bê tông xi măng nhờ quay thùng ngược lại với chiều quay
ban đầu. Cánh trộn sẽ đẩy bê tông ra khỏi thùng, phương pháp này thường áp dụng
ở các xe vận chuyển bê tông xi măng chuyên dùng.
 Trong mô hình trạm trộn của em thì em đã dùng đổ bê tông bằng phương pháp dỡ

liệu bê tông qua đáy thùng.
1.4. Nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông
Từ các nguyên vật liệu xây dựng để sản xuất ra sản phẩm cuối cùng là bê tông
ta cần thực hiện các công việc như sau: 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 xả xuống
băng tải để vận chuyển lên các thùng cân cốt liệu, xi măng được đưa lên xi lô chứa
xi măng trên cao. Nước được bơm lên đầy các thùng chứa để chờ cân định lượng.
 Kiểm tra các điều kiện làm việc

Để bắt đầu một quá trình hoạt động mới, tránh trường hợp có quá trình hoạt
động trước đó (chẳng hạn như sự cố). Trong thùng cân nước, cân phụ gia, cân xi
măng, thùng trộn vẫn chưa xả hết nguyên liệu. Tại bàn điều khiển người vận hành
ấn nút Reset để:
- Mở cửa xả bê tông

- Mở cửa xả thùng cân cát
- Mở cửa xả thùng cân đá.
- Mở cửa xả thùng cân xi măng
- Mở cửa xả thùng cân nước, phụ gia.

Lúc này mới cho phép hệ thống làm việc (điều kiện làm việc “=1” ). Sau khi
quá trình chuẩn bị xong. Từ máy tính người vận hành nhập các thông số của mác bê

16


tông như: khối lượng cát, đá1, đá2, xi măng, nước, phụ gia, số mẻ và các dữ liệu
quản lý hành chính như tên lái xe, biển số xe, ngày, giờ xuất hành...
Sau đó tới tủ điều khiển người vận hành chọn chế độ hoạt động cho máy là tự
động hay bằng tay.
Nếu là chế độ tự động người vận hành nhấn nút AUTO, nếu là chế độ bằng tay
thì nhấn nút MANUAL
 Chế độ điều khiển tự động

Ở chế độ điều khiển tự động người vận hành chỉ cần nhấn nút Start trên bàn
điều khiển. Động cơ trộn bê tông cho chạy ở chế độ không tải. Máy sẽ tự động cân
đo các khối lượng nguyên vật liệu, ở đây thực hiện phương pháp cân riêng lẻ.
Mở van xả cát, cát được xả xuống băng tải để đưa lên thùng cân. Đồng thời
đá1 cũng xả để đưa lên thùng cân.
Trong quá trình cân cốt liệu đồng thời cân luôn xi măng ,nước và phụ gia. Xi
măng từ xi lô chứa đưa vào thùng cân nhờ vít tải, khi khối lượng xi măng bằng khối
lượng đặt thì dừng động cơ vít tải. Nước, phụ gia được bơm lên đưa vào thùng cân
cho đến khi bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ bơm nước và phụ gia.
Khi điều kiện thùng trộn “rỗng’, cửa xả thùng trộn “đóng”, thì cốt liệu và xi
măng được đưa đổ vào thùng trộn bê tông bắt đầu quá trình trộn khô. Sau thời gian

trộn khô là 15s thì xả nước và phụ gia vào trộn, bắt đầu thời gian trộn ướt là 10s
(Thời gian trộn một mẻ khoảng 25s) thì cửa xả thùng trộn mở ra, bê tông được xả
vào xe chuyên dụng. Sau thời gian xả khoảng 10s, đóng cửa xả bê tông lại. Kết thúc
một mẻ trộn.
Để chuẩn bị cho một mẻ trộn mới thì trong quá trình trộn bê tông và sau khi xả
nguyên liệu: cát, đá1, đá2, nước, xi măng và phụ gia tiếp tục được vận chuyển lên
thùng cân nghĩa là: Khi số mẻ trộn chưa bằng số mẻ đặt thì sau khi xả cốt liệu và xi
măng xong sẽ tiếp tục quay lại thực hiện cân cốt liệu và xi măng. Khi xả nước và
phụ gia xong cũng tự động quay lại cân nước, phụ gia. Khi cân đủ thì dừng lại chờ
mẻ tiếp theo. Khi số mẻ bằng số mẻ đặt thì dừng hết quá trình cân lại.
 Chế độ điều khiển bằng tay

Ở chế độ điều khiển bằng tay,người vận hành gạt công tắc cân vật liệu xuống
OFF, quan sát số liệu cân bằng thiết bị hiển thị trên bàn điều khiển hoặc quan sát
17


trên màn hình phần mềm. Nhấn nút chạy động cơ trộn. Đưa tay gạt sang chế độ hoạt
động bằng tay (MAN), gạt chuyển mạch đóng mở cửa xả sang vị trí “STOP”, khi
cần điểu khiển, gạt chuyển mạch sang vị trí đóng hoặc mở cửa xả để đóng, mở cửa
xả.
Nhấn nút cấp cát, đồng thời cấp luôn xi măng, nước, phụ gia. Người vận hành
theo dõi số cân hiển thị trên máy tính, khi đủ nhấn vào một lần nữa các nút để dừng
quá trình cấp. Trong quá trình cấp cốt liệu riêng đá thì cấp xong đá1 mới được cấp
đá2. Khi cốt liệu đã được cấp đủ đưa chúng vào thùng trộn. Lúc này nhấn nút xả cốt
liệu đồng thời nhấn nút xả xi măng. Do động cơ trộn luôn chạy trong quá trình hoạt
động nên sau khi xả xong cốt liệu, xi măng coi như máy đang trôn bê tông khô, thời
gian trộn ướt được bắt đầu tính khi xả nước và phụ gia. Sau khi trộn ướt mẻ bê tông
đã được hoàn thành, người vận hành chỉ việc nhấn nút xả bê tông.
Không để chuyển mạch đóng mở cửa xả ở vị trí “tự động” vì khi đó có thể bê

tông sẽ bị xả theo chế độ tự động trong khi chưa cân đủ nước hoặc đủ xi măng.
1.5. Thành phần vật liệu của bê tông
Thành phần vật liệu của bê tông đóng vai trò quyết định đến chất lượng hay
quyết định đến cường độ chịu lực cũng như mác của bê tông.Từ thực nghiệm người
ta đã xác định được mác của bê ông ứng với từng loại vật liệu nhất định với một tỉ
lệ xác định, ngược lại từ mác của bê tông người ta dễ dàng tra được tỉ lệ thành phần
trong bê tông.
Sau đây là một trong số mác bê tông do trạm bê tông thương phẩm Tây Mỗ –
Công ty cổ phần cơ giới lắp máy và xây dựng (VIMECO) cấp mẫu.
 Bảng thành phần cấp phối bê tông

Cơ quan cấp mẫu : Trạm bê tông thương phẩm Tây Mỗ (VIMECO)
Loaị bê tông mác 150 độ sụt 60 20 mm tại công trường. Vật liệu sử dụng:
÷

Xi măng Bỉm Sơn
Cát vàng
Đá dăm 1x2.
Nước sinh hoạt
Phụ gia FDN 2002 A (0.40/100 kg xi măng)

18


19


Bảng thành phần cấp phối theo trọng lượng

-

Vật liệu dùng cho 1m3 bê tông (kg)
Mác
Bê tông

Xi măng

Cát

Đá

Nước

Phụ gia

Độ sụt

(Kg)

(kg)

(kg)

(kg)

FDN 2002A

Mm

250

851

1112

174

1.00

6020

150

Dung
trọng
(Kg/ m3)
2387

Bảng 1.1 thành phần cấp phối theo trọng lượng
Bảng thành phần cấp phối theo thể tích tuyệt đối

-

Nguồn gốc

Khối lượng riêng(kg/m3)

Thể tích(m3)

Xi măng

Hà Nam

3150

0.079

Đá dăm 1x2

Hà Nam

2700

0.412

2620

0.325

1000

0.174

1160

0.001

Thành phần vật liệu

Cát vàng

Nước

Sinh hoạt

Phụ gia FDN 2002A

Hàm lượng khí
Bảng 1.2 thành phần cấp phối theo thể tích tuyệt đối

0.01

1.6. Định lượng vật liệu
Bộ phận quan trọng nhất của một trạm trộn là bộ phận định lượng nguyên liệu.
Để có được bê tông theo đúng mác yêu cầu ta phải đảm bảo độ chính xác về tỷ lệ
các thành phần xi măng, nước, cát và phụ gia.
Việc định lượng vật liệu trước đây dùng dây cơ khí, hiện tại thường được thực
hiện chủ yếu trên các cân băng tải hay các cân có bộ cảm biến trọng lượng Loadcell.
1.7. Hoạt động của máy nén khí
Máy nén khí dùng để cấp khí nén điều khiển các cửa đóng mở cân, cấp đá, cát,
xi măng, nước, phụ gia và xả bê tông. Máy nén khí là một máy đã được chu hoá
dùng điện một pha tự động ổn định áp lực thông qua rơ le, tự động ngắt, tự động
bảo vệ.

20


* Theo cấu tạo các máy khí nén được phân thành: Máy nén khí pittông, máy
nén khí rôto, máy nén khí ly tâm, máy nén khí hướng trục và máy nén khí kiểu
phun.
Ví dụ:

Máy nén khí pittông:
Máy nén khí pittông đơn giản nhất gồm xi lanh hở, đầu kia được đậy nắp.
Trong nắp có đặt van nạp và xả. Pittông chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh
nhờ được nối với cơ cấu thanh truyền – tay quay.
Khi pittông rút về bên phải, van nạp tự động mở, khí được nạp vào xi lanh.
Khi pittông chuyển động ngược lại, áp suất trong xi lanh tăng lên đến khi nào lớn
hơn áp suất trong đường ống nạp thì van nạp tự động đóng lại. Pittông tiếp tục
chuyển động về bên trái, khí trong xi lanh bị nén đến khi nào áp suất của nó lớn hơn
áp suất khí trong đường ống xả van xả mở ra, khí nén sẽ được đẩy vào bình chứa,
các quá trình mô tả tiếp tục lặp lại.
Máy nén khí pittông kể trên là loại một chiều. Ngoài ra còn có loại máy nén
khí pittông hai chiều, trong đó cả hai đầu xi lanh đều được làm kín và đều có đặt
van nạp, xả. Khi chuyển động pittông đồng thời thực hiện 2 quá trình: nạp khí ở
phần xi lanh này và nén, xả khí ở xi lanh khác.
Ưu điểm: Kết cấu gọn gàng, trọng lượng máy trên một đơn vị năng suất nhỏ,
chiếm diện tích lắp đặt không nhiều, tiện lợi khi tháo lắp các cụm và chi tiết máy, độ
tin cậy cao.
Nhược điểm: khó khăn chế tạo được máy có khả năng cân bằng tốt, không thể
đạt được tốc độ cao, làm việc còn khá ổn và rung động.
Phạm vi sử dụng:rất rộng, chúng tạo ra áp suất khí nén từ (2 - 1000) kG/cm 2
và lớn hơn nữa.
Máy nén khí rôto- trục vít:
Máy nén khí rôto - trục vít gồm 2 trục vít lắp song song với nhau trong cùng
một vỏ. Đầu hai trục có 2 bánh răng ăn khớp với nhau để truyền chuyển động quay
từ trục chủ động sang trục bị động. Trong quá trình rôto quay khi được nạp vào
không gian giới hạn bởi các bề mặt của vỏ và bề mặt của các răng vít. Sau đó được
các vít đẩy di chuyển dọc trục. Trong khi di chuyển dọc trục, do cấu tạo của các rô

21

to, thể tích chứa hết chiều dài rôto, khí nén được đẩy ra cửa xả vào ống dẫn tới nơi
tiêu thụ hoặc tới bình chứa.
Ưu điểm:
-

Do không có các khối lượng chuyển động tịnh tiến qua lại nên máy có thể làm việc
với tốc độ cao mà vẫn bảo đảm khả năng cân bằng, ổn định, có thể nối máy trực tiếp

-

với động cơ điện.
Các quá trình nạp và xả diễn ra liên tục
Có độ tin cậy cao.
Theo năng suất các máy nén khí được phân thành: Máy nén khí năng suất thấp, có
năng suất từ 0,04ữ10m3/ph; máy nén khí năng suất trung bình có năng suất từ 10 -

-

100m3/ph; máy nén khí năng suất cao, có năng suất lớn hơn 100m3/ph.
Theo nguyên lý nén khí chúng được chia thành hai nhóm:
Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc biến đổi động năng trong đó không
khí được truyền với một tốc độ lớn và được nén nhờ sự biến đổi động năng của
dòng khi chuyển động thành công nén (máy nén khí ly tâm, hướng trục thuộc nhóm
này)
Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc giảm thể tích chứa khí trong đó khí
lấy từ không gian có áp suất thấp đưa vào một không gian kín (không gian công tác)
sau đó được nén và tăng áp suất do giảm thể tích không gian kín (các loại máy nén
khí pittông, rôto, thuộc nhóm này)
1.8. Hoạt động của máy bơm nước

Máy bơm là máy thuỷ lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi
khác. Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng
ở đầu đường ống để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp suất ở 2 đầu
đường ống. Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từ các
nguồn động lực khác. Điều kiện làm việc của máy bơm rất khác nhau (trong nhà,
ngoài trời, độ ẩm, nhiệt độ...) và bơm phải chịu được tính chất lý, hoá của chất lỏng
cần vận chuyển.

22


Kết luận:
Chương I cho ta hiểu được cấu tạo và thành phần chính của bê tông một cách
hệ thống, các nguyên vật liệu làm ra nó và những nguyên nhân làm giảm chất lượng
của bê tông. Đây là một điều quan trọng vì muốn thiết kế ra hệ thống trạm trộn bê
tông tự động trước tiên ta phải hiểu được cấu tạo thành phần chính của bê tông.
Chương này cũng cho ta một cái nhìn tổng quan về trạm trộn bê tông trong
thực tế, nguyên tắc hoạt động để tạo ra được một mẻ bê tông từ các loại nguyên vật
liệu cơ bản.

23


CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 300,WIN CC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRẠM
TRỘN BÊ TÔNG
2.1. Yêu cầu về công nghệ trạm trộn bê tông
Ngày nay khoa học phát triển các ngành công nghiệp hoá được áp dụng kỹ
thuật tiên tiến đáp ứng được nhu cầu của thời đại vì vậy yêu cầu của trạm trộn bê
tông tươi là phải đáp ứng nhanh và đủ lượng bê tông cũng như phải có khả năng

linh hoạt tạo ra nhiều mác bê tông đáp ứng nhu cầu cho khách hàng.
Để giải quyết được vấn đề này đòi hỏi người thiết kế phải tìm hiểu sâu về công
nghệ, phải biết đan xen linh hoạt các công việc cần làm sao cho trong cùng một lúc
máy trộn bê tông có thể làm việc được nhiều nhất
Ví dụ:
Trong thời gian cân cốt liệu máy cũng cấp và cân luôn xi măng, nước, phụ gia.
Thường các công việc cấp /cân này được thực hiện trong lúc máy đang trộn khô
hoặc trộn ướt bê tông.
Ngoài ra để bê tông trộn được nhiều hơn, nhằm giảm nhiều thời gian trộn, ta
xả hết cốt liệu và xi măng cùng một lúc để máy trộn khô sau đó xả nước và phụ gia
rồi trộn ướt làm như vậy nguyên vật liệu được phân bố đều hơn.
Do đó thời gian trộn một mẻ bê tông trên thực tế là từ 25s - 60s. Để có thể trộn
được nhiều loại bê tông chất lượng cao với mác xi măng cao hơn chất lượng thấp
với mác xi măng thấp hơn.
Cần có các bảng biểu về số liệu bê tông sẵn sàng, chính xác để sử dụng khi
máy tính truyền số liệu bị hỏng đảm bảo trạm trộn có thể hoạt động được liên tục.
Theo qui chuẩn xây dựng, sai số cho phép khi định lượng vật liệu không vượt quá
±1% (theo trọng lượng) đối với nước và xi măng; không quá ±2% (theo trọng
lượng) đối với cát vàđá dăm hoặc sỏi. Để đáp ứng được yêu cầu trên đòi hỏi công
nghệ và thiết bị hiện đại với hệ số tin cậy rất cao. Vì vậy, hoạt động của hệ thống
định lượng vật liệu quyết định chất lượng của bê tông thành phẩm. Đặt các cảm
biến trọng lượng tại các vị trí thích hợp để thu được đúng giá trị trọng lượng nguyên
liệu, hạn chế tối đa sai số cho cả hệ thống. Kết hợp bộ điều khiển khả lập trình PLC

24


và máy tính PC để điều khiển toàn bộ quá trình công nghệ sản xuất bê tông tươi
thương phẩm.
Từ yêu cầu của công nghệ trạm trộn ta nhận thấy có thể chia hoạt động của

trạm trộn thành 3 phần riêng biệt, chúng liên hệ với nhau ở khâu khởi động như sau:
Chu trình trộn bê tông của trạm trộn thực chất là đóng mở cửa xả thích hợp,
gốc xuất phát thời điểm nhận xong vật liệu vào thùng trộn.
Chu trình hoạt động của cân cát, đá1, đá2, xi măng.
Chu trình hoạt động của cân nước, phụ gia.
2.2. Cấu trúc của hệ điều khiển
Hệ thống được điều khiển và giám sát bằng máy tính, có khả năng đặt các
thông số về khối lượng và thời gian từ chương trình điều khiển trực tiếp từ PLC và
các quá trình hoạt động của trạm được hiển thị trên màn hình giao diện của máy
tính.
Bộ điều khiển khả trình PLC và Modul vào/ ra tương tự có khả năng điều
khiển logic trực tiếp các quá trình hoạt động của hệ trạm trộn bê tông.
Kiểm tra trạm trộn bê tông trước sản xuất
Bật Aptomat cấp nguồn cho phòng điều khiển và tụ điện.
ấn nút “CẤP NGUỒN – SUPPLY” (cấp nguồn cho điện động lực và điện điều
khiển) lúc này máy nén khí bắt đầu hoạt động.
Nguồn cấp cho các động cơ là 12V nguồn cấp cho các relay và các công tắc
nút ấn là 24V.
Nếu không đúng chiều quay của động cơ máy nén khí (động cơ ba pha) thì
phải tắt nguồn điện cấp cho tủ điện phòng điều khiển và thực hiện đảo pha nguồn.
Nếu đúng chiều quay của động cơ máy nén khí thì sau 5 phút máy sẽ cấp hơi
đủ cho trạm. Lúc này toàn bộ trạm mới được phép kiểm tra các bứơc tiếp theo.
Ấn nút “CHẠY” của thùng trộn, chạy thử các cánh trộn bê tông trong thùng
trộn, đèn LED sáng.
Ấn nút “ĐÓNG” cửa xả bê tông, đèn LED sáng báo cửa xả bê tông đã được
đóng.
Tiếp tục kiểm tra các hoạt động của XI MĂNG, NƯỚC tương tự như cốt liệu.

25