Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm trộn bê tông sử dụng PLC s7 – 1200

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Hoàng Duy Khang

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................8
DANH MỤC HÌNH ẢNH. .........................................................................................9
Lời mở đầu ................................................................................................................12
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG. ............................................................13
1.1

Khái niệm. ....................................................................................................13

1.2

Khái niệm về mác bê tông. ..........................................................................13

1.3

Phân loại bê tông. .........................................................................................13

1.3.1 Theo cường độ. ......................................................................................13
1.3.2 Theo loại chất kết dính. .........................................................................14
1.3.3 Theo cốt liệu. .........................................................................................14
1.3.4 Theo khối lượng thể tích. .......................................................................14
1.3.5 Theo phạm vi sử dụng............................................................................14
1.4

Các thành phần cốt liệu. ...............................................................................15

1.4.1 Xi măng..................................................................................................15

1.4.2 Cát. ........................................................................................................15
1.4.3 Đá dăm. .................................................................................................15
1.4.4 Nước. .....................................................................................................15
1.4.5 Các chất phụ gia....................................................................................15
1.5

Tính chất đặc thù của bê tông. .....................................................................15

1.5.1 Cường độ của bê tông. ..........................................................................15
1.5.2 Tính giãn nở...........................................................................................17
1.5.3 Tính chống thấm. ...................................................................................17
1.6

Quá trình đông cứng của bê tông và biện pháp bảo quản. ...........................17

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG.....................................18
2.1

Giới thiệu chung...........................................................................................18
Trang 1


2.2

Trạm trộn bê tông xi măng...........................................................................19

2.2.1 Giới thiệu. ..............................................................................................19
2.2.2 Phân loại. ..............................................................................................19
2.2.3 Cấu tạo chung của trạm trộn bê tông xi măng. .....................................19
2.2.4 Nguyên lý hoạt động. .............................................................................23

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC
TIA – PORTAL V13.................................................................................................24
3.1

Khái quát chung về PLC. .............................................................................24

3.1.1 Lịch sử hình thành. ................................................................................24
3.1.2 Các loại PLC thông dụng. .....................................................................24
3.1.3 Ngôn ngữ lập trình. ...............................................................................25
3.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC. .......................25
3.1.5 Ứng dụng PLC. ......................................................................................27
3.2

PLC – S7 1200. ............................................................................................27

3.2.1 Cấu trúc. ................................................................................................27
3.2.2 Phân vùng bộ nhớ. .................................................................................29
3.2.3 Tập lệnh S7 – 1200. ...............................................................................30
3.2.4 Sơ đồ đấu dây. .......................................................................................32
3.3

Phần mềm Tia – Portal v13..........................................................................33

3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic. ......................................................33
3.3.2 Các bước tạo một project. .....................................................................34
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY.
...................................................................................................................................37
4.1

Đặt vấn đề. ...................................................................................................37

4.2

Hướng giải quyết..........................................................................................37

4.3

Tính toán thiết kế mạch lực..........................................................................37


4.3.1 Mạch lực động cơ dẫn động buồng trộn. ..............................................37
4.3.2 Mạch lực động cơ kéo băng tải. ............................................................38
4.3.3 Mạch lực động cơ bơm nước. ................................................................39
4.3.4 Mạch lực động cơ vít tải xi măng. .........................................................39
4.3.5 Mạch lực động cơ máy nén khí..............................................................40
4.3.6 Tính chọn aptomat tổng.........................................................................40
4.3.7 Tính chọn bộ khởi động mềm. ...............................................................41
4.4

Tính toán thiết kế mạch điều khiển. .............................................................42

4.4.1 Mạch điều khiển động cơ dẫn động buồng trộn....................................42
4.4.2 Mạch điều khiển động cơ kéo băng tải..................................................42
4.4.3 Mạch điều khiển động cơ bơm nước. ....................................................42
4.4.4 Mạch điều khiển động cơ vít tải xi măng. .............................................42
4.4.5 Mạch điều khiển động cơ máy nén khí. .................................................43
4.4.6 Tính chọn rơ le trung gian.....................................................................43
4.5

Sơ đồ mạch động lực....................................................................................44

4.6

Sơ đồ mạch điều khiển. ................................................................................46

4.7

Sơ đồ đấu dây. ..............................................................................................48

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT.
...................................................................................................................................49
5.1

Xây dựng thuật toán điều khiển. ..................................................................51

5.1.1 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ tự động. .........51
5.1.2 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ bằng tay. .......52
5.1.3 Sơ đồ khối cân đá. .................................................................................52
5.1.4 Sơ đồ khối cân cát. ................................................................................53
5.1.5 Sơ đồ khối cân nước. .............................................................................53
5.1.6 Sơ đồ khối cân xi măng. ........................................................................54


5.1.7 Sơ đồ khối cân phụ gia. .........................................................................54
5.1.8 Sơ đồ khối hoạt động của băng tải. .......................................................55
5.1.9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn. ...................................................56
5.1.10 Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông..............................................57
5.2

Lập trình điều khiển cho PLC S7 – 1200.....................................................57

5.2.1 Xác định đầu vào/ra. .............................................................................57
5.2.2 Cấu hình phần cứng thiết bị. .................................................................62
5.2.3 Giới thiệu khối hàm FC. ........................................................................64
5.2.4 Lập trình PLC – S7 1200.......................................................................64
5.2.5 Các FC mô phỏng và cảnh báo. ............................................................86
5.3

Thiết kế giao diện điều khiển. ......................................................................96

5.3.1 Cấu hình thiết bị. ...................................................................................96
5.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển màn hình chính. ......................................97
5.3.3 Thiết kế giao diện màn hình điều khiển ở chế độ tự động.....................97
5.3.4 Thiết kế giao diện màn hình điều khiển ở chế độ bằng tay. ..................98
5.3.5 Thiết kế giao diện các màn hình cảnh báo. ...........................................98
CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG....................................................................102
6.1

Download chương trình xuống PLC SIM. .................................................102

6.2

Màn hình chính. .........................................................................................105

6.3

Chế độ tự động. ..........................................................................................106

6.3.1 Khu vực điều khiển. .............................................................................106
6.3.2 Khu vực mô phỏng quá trình. ..............................................................108

6.3.3 Khu vực thông báo, cảnh báo nếu có lỗi xảy ra. .................................108
6.3.4 Chạy thử. .............................................................................................108
6.4

Chế độ bằng tay..........................................................................................112

6.4.1 Khu vực bảng điều khiển. ....................................................................112


6.4.2 Khu vực mô phỏng quá trình. ..............................................................113
6.4.3 Chạy thử. .............................................................................................113
CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................................117
7.1

Kết luận. .....................................................................................................117

7.1.1 Kết quả đạt được. ................................................................................117
7.1.2 Điểm còn hạn chế. ...............................................................................117
7.2

Hướng phát triển. .......................................................................................117

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................118


DANH MỤC BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG
Bảng 1. 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích. ...................................14
Bảng 1. 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông. ............................16
Bảng 1. 3 Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo từng mức nhiệt độ. 17

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
Bảng 2. 1 Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu. ..................................................20
Bảng 2. 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu. ..............................................20
Bảng 2. 3 Các phương pháp định lượng. .......................................................21
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
PLC TIA – PORTAL V13.
Bảng 3. 1 Một số loại PLC thông dụng. ........................................................24
Bảng 3. 2 Một số CPU S7 - 1200...................................................................28
Bảng 3. 3 Phân vùng bộ nhớ. .........................................................................29
Bảng 3. 4 Tập lệnh xử lý bít...........................................................................30
Bảng 3. 5 Tập lệnh Timer, Counter. ..............................................................30
Bảng 3. 6 Tập lệnh toán học. .........................................................................31
Bảng 3. 7 Tập lệnh di chuyển. .......................................................................32
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY.
Bảng 4. 1 Tính chọn khởi động mềm hãng ABB...........................................41
Bảng 4. 2 Bảng địa chỉ sơ đồ đấu dây. ...........................................................49
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT.
Bảng 5. 1 Bảng địa chỉ tín hiệu từ loadcell. ...................................................57
Bảng 5. 2 Bảng địa chỉ tín hiệu input.............................................................57
Bảng 5. 3 Bảng địa chỉ tín hiệu output...........................................................58
Bảng 5. 4 Bảng địa chỉ các biến phụ..............................................................59
Bảng 5. 5 Bảng địa chỉ các biến phụ mô phỏng chuyển động. ......................61


DANH MỤC HÌNH ẢNH.
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG.
Hình 2. 1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng.........................................................18
Hình 2. 2 Trạm trộn bê tông xi măng.............................................................18
Hình 2. 3 Kết cấu thép. ..................................................................................22
Hình 2. 4 Nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng. ..........................23

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC
TIA – PORTAL V13.
Hình 3. 1 Sơ đồ khối PLC ..............................................................................25
Hình 3. 2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay.....................................32
Hình 3. 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay.....................................33
Hình 3. 4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC. .......................................33
Hình 3. 5 Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V13. ......................................34
Hình 3. 6 Creat new project. ..........................................................................34
Hình 3. 7 Đặt tên cho dự án. ..........................................................................34
Hình 3. 8 Configure a device. ........................................................................35
Hình 3. 9 Add new device..............................................................................35
Hình 3. 10 Chọn loại CPU. ............................................................................36
Hình 3. 11 Một project mới được tạo ra. .......................................................36
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY.
Hình 4. 1 Sơ đồ mạch động lực......................................................................44
Hình 4. 2 Sơ đồ mạch điều khiển. ..................................................................46
Hình 4. 3 Sơ đồ đấu dây. ................................................................................48
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT.
Hình 5. 1 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông tự động. ...........................51
Hình 5. 2 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông bằng tay. ..........................52
Hình 5. 3 Sơ đồ khối quá trình cân đá. ..........................................................52
Hình 5. 4 Sơ đồ khối quá trình cân cát...........................................................53
Hình 5. 5 Sơ đồ khối quá trình cân nước. ......................................................53


Hình 5. 6 Sơ đồ khối quá trình cân xi măng. .................................................54
Hình 5. 7 Sơ đồ khối quá trình cân phụ gia. ..................................................54
Hình 5. 8 Sơ đồ khối hoạt động của băng tải. ................................................55
Hình 5. 9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn. ............................................56
Hình 5. 10 Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông. ...................................57

Hình 5. 11 Tổng quan phần cứng...................................................................62
Hình 5. 12 PLC S7 – 1200 AC/DC/RL..........................................................62
Hình 5. 13 Module mở rộng analog. ..............................................................63
Hình 5. 14 Module mở rộng đầu vào ra. ........................................................63
Hình 5. 15 Module mở rộng đầu vào. ............................................................64
Hình 5. 16 Cấu hình thiết bị. ..........................................................................96
Hình 5. 17 Kết nối PLC và Máy tính. ............................................................96
Hình 5. 18 Thiết kế giao diện màn hình chính...............................................97
Hình 5. 19 Thiết kế giao diện màn hình ở chế độ tự động.............................97
Hình 5. 20 Thiết kế giao diện màn hình ở chế độ bằng tay. ..........................98
Hình 5. 21 Màn hình cảnh báo hoàn thành quá trình trộn. ............................98
Hình 5. 22 Màn hình cảnh báo trộn xong một mẻ trộn. .................................99
Hình 5. 23 Màn hình báo lỗi nhập sai MAC bê tông. ....................................99
Hình 5. 24 Màn hình báo lỗi chưa nhập số mẻ trộn. ....................................100
Hình 5. 25 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian trộn khô. ........................100
Hình 5. 26 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian trộn ướt. ........................101
Hình 5. 27 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian xả bê tông......................101
CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.
Hình 6. 1 Start Simulation............................................................................102
Hình 6. 2 Start Simulation............................................................................102
Hình 6. 3 Start Simulation............................................................................103
Hình 6. 4 Mô phỏng PLC. ............................................................................103
Hình 6. 5 Tải chương trình xuống PLC. ......................................................104
Hình 6. 6 Start Simulation............................................................................105
Hình 6. 7 Start Simulation............................................................................105
Hình 6. 8 Màn hình ở chế độ tự động. .........................................................106


Hình 6. 9 Chức năng các nút nhấn. ..............................................................106
Hình 6. 10 Chức năng các đèn báo. .............................................................107

Hình 6. 11 Hệ thống nhập và hiển thị số liệu...............................................107
Hình 6. 12 Màn hình quá trình chạy tự động. ..............................................108
Hình 6. 13 Màn hình cảnh báo và báo lỗi. ...................................................108
Hình 6. 14 Màn hình sau khi nhập đầy đủ thông số mẻ trộn. ......................109
Hình 6. 15 Ấn nút “Start”.............................................................................109
Hình 6. 16 Cân cốt liệu. ...............................................................................110
Hình 6. 17 Thực hiện quá trình trộn khô......................................................110
Hình 6. 18 Thực hiện quá trình trộn ướt. .....................................................111
Hình 6. 19 Thực hiện quá trình xả bê tông. .................................................111
Hình 6. 20 Hoàn thành quá trình trộn. .........................................................112
Hình 6. 21 Nút nhấn điều khiển trong chế độ bằng tay. ..............................112
Hình 6. 22 Mô phỏng quá trình trộn điều khiển bằng tay. ...........................113
Hình 6. 23 Start Hand. .................................................................................113
Hình 6. 24 Cân cốt liệu. ...............................................................................114
Hình 6. 25 Cân đủ khối lượng......................................................................114
Hình 6. 26 Bật băng tải và thùng trộn chạy. ................................................115
Hình 6. 27 Xả nguyên liệu vào thùng trộn. ..................................................115
Hình 6. 28 Xả bê tông vào xe chở................................................................116


Lời mở đầu
Ngành Tự động hóa là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết
định cho sự phát triển của một quốc gia. Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong
những ngày đầu, đến nay ngành Tự động hóa ở Việt Nam đã có những bước tiến,
bước phát triển vượt bậc với các hệ thống cơ sở hạ tầng, công nghệ hiện đại. Tự
động hóa được xem như là huyết mạch của nền kinh tế, phát triển Tự động hóa sẽ là
tiền đề cho các ngành kinh tế khác phát triển.
Ngày nay, hệ thống điều khiển, giám sát tự động không còn quá xa lạ với
chúng ta. Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc
sống của con người. Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ

thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản
xuất của con người.
Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC trong quá trình sản
xuất bê tông tại các trạm trộn bê tông xi măng thực sự đã mang lại hiệu quả kinh tế
rất lớn cho các quá trình sản xuất. Vì thế, nhằm tạo điều kiện tốt nhất để có thể tiếp
xúc, làm quen với các thiết bị tự động và vận dụng những kiến thức đã học vào thực
tế. Nhóm em đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm trộn bê
tông sử dụng PLC S7 – 1200”.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em ngoài sự cố gắng tìm hiểu
và học hỏi còn nhận được sự hướng dẫn tận tình từ thầy Hoàng Duy Khang. Nhóm
chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy. Chúc thầy luôn mạnh khỏe và
thành công trong công tác giảng dạy. Do khả năng còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế
còn ít nên có những sai sót không thể tránh, nhóm chúng em rất mong nhận được sự
chỉ bảo từ quý thầy cô. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiệ n đề
tài: Đàm Thị
Thúy Nguyễn Tiến
Toàn Phạm Quốc
Tuấn


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG.
1.1 Khái niệm.
Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước và các chất
phụ gia. Trong đó cát và đá chiếm 80% – 85%, xi măng chiếm 8% – 15%, còn lại là
khối lượng của nước và các chất phụ gia.
Hỗn hợp vật liệu được nhào trộn tạo nên hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông
phải có độ dẻo nhất định, phù hợp với mục đích sử dụng. Có nhiều loại bê tông tùy
thuộc vào thành phần của hỗn hợp. Tỉ lệ mỗi thành phần cát, đá, xi măng,… khác
nhau sẽ tạo ra những loại bê tông khác nhau. Để phân biệt các loại bê tông, người ta

sử dụng khái niệm “mác bê tông”.

1.2 Khái niệm về mác bê tông.
Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông.
Theo tiêu chuẩn xây dựng cũ của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995),
mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150
mm
× 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong
TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết. Sau đó được
đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ
chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kG/cm²).
Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén,
uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đó, người ta
thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông,
gọi là “Mác bê tông”.
Mác bê tông được phân loại từ 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 và 600. Khi
nói rằng “mác bê tông 200” chính là nói tới ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông
kích thước tiêu chuẩn, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, được nén ở tuổi
28 ngày, đạt 200 kG/cm². Còn cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ
là
90 kG/cm² (được lấy để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn
thứ nhất).

1.3 Phân loại bê tông.


1.3.1 Theo cường độ.
-

Bê tông thường: cường độ từ 150 – 1400 daN/cm2.

-

Bê tông chất lượng cao: cường độ từ 500 – 1400 daN/cm2.

Trong xây dựng cầu đường thường sử dụng bê tông có cường độ khoảng 250
– 400 daN/cm2 hoặc lớn hơn.

1.3.2 Theo loại chất kết dính.
Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê
tông polime, bê tông đặc biệt (dùng chất kết dính đặc biệt).

1.3.3 Theo cốt liệu.
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chất
phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit), bê tông keramdit, bê tông cốt thép.

1.3.4 Theo khối lượng thể tích.
Bảng 1. 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích.

Loại bê
tông

γb (g/cm3)

Bê tông
đặc biệt

> 2.5

nặng
Bê tông
nặng

1.8 – 2.5

Ghi chú
Chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng dùng cho kết cấu
đặc biệt.
Chế tạo từ cát sỏi bình thường, dùng cho kết cấu
chịu
lực.
Trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo

Bê tông
nhẹ

hay tự nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông
0.5 – 1.8

bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử
silic nghiền mịn và chất tạp rồng, bê tông hốc lớn
(không có cốt liệu nhỏ).

Bê tông
đặc biệt

< 0.5

Cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng.

nhẹ

1.3.5 Theo phạm vi sử dụng.
Bê tông thường được dùng trong các kết cấu cầu bê tông cốt thép (móng, cột,
dầm, sàn…), bê tông thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh các
công trình dẫn nước, bê tông đường, sân bay, bê tông kết cấu bao che (thường là bê
tông nhẹ), bê tông đặc biệt, bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ.


1.4 Các thành phần cốt liệu.
1.4.1 Xi măng.
Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất ra bê tông,
có nhiều loại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng
tốt và làm chất lượng thiết kế bê tông tăng lên, tuy nhiên giá thành của xi măng mác
cao rất lớn. Vì vậy, khi thiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất lượng đúng yêu cầu
kỹ thuật và vừa phải giải quyết bài toán kinh tế.

1.4.2 Cát.
Cát dùng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo,
kích thước hạt cát là từ 0,4 – 0,5 mm. Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần
khoáng, thành phần tạp chất, thành phần hạt… Trong thành phần của bê tông, cát
chiếm khoảng 29%.

1.4.3 Đá dăm.
Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích thước của đá, do đó tùy thuộc vào
kích cỡ của bê tông mà ta chọn kích thước đá phù hợp. Trong thành phần bê tông, đá
dăm chiếm khoảng 52%.

1.4.4 Nước.

Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh
hưởng đến khả năng đông kết của bê tông và chống ăn mòn kim loại.

1.4.5 Các chất phụ gia.
Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có 2 loại phụ gia:
Loại phụ gia hoạt động bề mặt: loại phụ gia này mặc dù được sử dụng lượng
nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng
cường nhiều tính chất khác của bê tông.
Loại phụ gia rắn nhanh: loại phụ gia này có khả năng rút ngắn quá trình rắn
chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông.
Hiện nay trong công nghệ sản xuất bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức
năng.

1.5 Tính chất đặc thù của bê tông.
1.5.1 Cường độ của bê tông.
Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực tác động
Trang


từ bên ngoài mà không bị phá hoại.

Trang


Cường độ của bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó. Cường độ của bê
tông phụ thuộc vào tính chất của xi măng, tỉ lệ nước, xi măng, phương pháp đổ bê
tông và điều kiện đông cứng.
Đặc trưng cơ bản của cường độ bê tông là “Mác” hay còn gọi là số liệu.
Mác bê tông kí hiệu là “M” là cường độ chịu nén tính theo (N/cm2) của mẫu
bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15 cm, tuổi 28 ngày được

dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 200C ± 20C), độ ẩm
không khí 90% đến 100%. Mác “M” là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông
và mọi kết cấu.
Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế như sau:
- Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500,
M600. Bê tông nặng có khối lượng riêng khoảng 1800 kg/m3 đến 2500
kg/m3 cốt liệu sỏi đá đặc chắc.
- Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300. Bê tông nhẹ
có khối lượng riêng trong khoảng 800 kg/m3 đến 1800 kg/m3, cốt liệu là
các loại đá có lỗ rỗng, keramzit, xỉ quặng…
Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn 150.
Cường độ của bê tông tăng theo thời gian, đây là một tính chất đáng quý của
bê tông, đảm bảo cho công trình làm bằng bê tông bền lâu hơn những công trình làm
bằng gạch, đá, gỗ, thép… Lúc đầu cường độ bê tông tăng lên rất nhanh, sau đó tốc
độ giảm dần. Trong môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) thuận lợi, sự tăng cường độ có thể
kéo dài hơn trong nhiều năm, trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp thì cường
độ bê tông tăng không đáng kể.
Bảng 1. 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông.

Mác (M)

Xi măng (Kg)

Cát (m3)

Đá (m3)

Nước (lít)

150

244

0.498

0.856

195

200

293

0.479

0.846

195

250

341

0.461

0.835

195

300

390

0.438

0.829

195

350

450

0.406

0.846

200

400

465

0.419

0.819

186

1.5.2 Tính giãn nở.
Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra
trong nước và co lại trong không khí. Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn độ nở 10 lần
một giới hạn nào đó, độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông còn hiện tượng
co ngót luôn kéo theo hậu quả xấu.
Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân. Trước hết là sự mất nước, quá trình
Cacbon hóa Hyđroxit trong đá, xi măng. Hiện tượng giảm thể tích tuyệt đối của hệ
xi măng – nước. Co ngót là nguyên nhân gây ra nứt, giảm cường độ, chống thấm, độ
ổn định của bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực. Vì vậy đối với
những công trình có chiều dài lớn, để tránh nứt người ta đã phân đoạn để tạo thành
các khe co giãn.

1.5.3 Tính chống thấm.
Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết
cấu bê tông. Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của nó.
Để tăng cường tính chống thấm phải nâng cao độ chặt của bê tông bằng cách đầm
kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp phối hạt của cốt liệu, giảm tỉ lệ nước, xi măng ở vị
trí số tối thiểu. Ngoài ra, để tăng tính chống thấm người ta còn trộn bê tông với một
số chất phụ gia.
1.6 Quá trình đông cứng của bê tông và biện pháp bảo quản.
Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào quá trình đông cứng của xi
măng, thời gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút. Vì vậy sau khi trộn bê
tông xong cần phải đổ ngay để tránh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước
khi đổ. Thời gian từ lúc bê tông ra khỏi máy trộn đến lúc đổ xong một lớp bê tông
(không tính phụ gia) không quá 90 phút khi dùng xi măng pooclang và không quá
110 phút khi dùng xi măng pooclang xi, tro núi lửa, xi măng pupơlan. Thời gian
vận chuyển bê tông (kể từ lúc đổ bê tông ra khỏi máy trộn) đến lúc đổ vào khuôn
không nên lâu quá làm cho vữa bê tông bị phân tầng.
Thời gian vận chuyển cho phép của bê tông (không có phụ gia):
Bảng 1. 3 Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo từng mức nhiệt độ.

Nhiệt độ (0C)

20 – 30

10 – 20

5 – 10

Thời gian vận chuyển (phút)

45

60

95


CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG.
2.1 Giới thiệu chung.
Hiện nay trên thị trường có hai loại trạm trộn chính: trạm trộn bê tông nhựa
nóng và trạm trộn bê tông xi măng.
Trạm trộn bê tông nhựa nóng: dùng để sản xuất bê tông từ hỗn hợp nhựa
đường (hắc ín), đá, chất phụ gia…, nó được ứng dụng phổ biến trong xây dựng
đường xá, các công trình giao thông, cầu, cảng… được rải lên bề mặt.

Hình 2. 1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng.

Trạm trộn bê tông xi măng: Ứng dụng rộng rãi trong đời sống hiện nay nhất
là trong lĩnh vực xây dựng, bê tông được sản xuất từ hỗn hợp cát, đá, xi măng, nước

và phụ gia.

Hình 2. 2 Trạm trộn bê tông xi măng.


2.2 Trạm trộn bê tông xi măng.
2.2.1 Giới thiệu.
Trạm trộn bê tông xi măng là một tổng thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm
thiết bị này phải phối hợp nhịp nhàng với nhau để hòa trộn các thành phần: cát, đá,
nước, phụ gia và xi măng được tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng. Một trạm trộn bê
tông có các yêu cầu chung sau đây:
- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều
chỉnh nhỏ nhất.
-

Cho phép sản xuất được hai loại hỗn hợp bê tông khô hoặc ướt.

-

Hỗn hợp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyển.

-

Trạm làm việc ổn định, không ồn, không gây ô nhiễm môi trường.

-

Lắp đặt sửa chữa đơn giản.

-

Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay.

2.2.2 Phân loại.
Có 2 loại trạm trộn bê tông xi măng chính như sau:
-

Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng băng tải.

-

Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu.

Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng, tuy nhiên nhìn chung đều bao
gồm các cụm và thiết bị sau:
-

Cụm cấp nguyên liệu.

-

Thiết bị định lượng (cát, đá, xi măng, nước và phụ gia).

-

Hệ thống điều khiển.

-

Thiết bị trộn, máy trộn.

-

Kết cấu phụ.

2.2.3 Cấu tạo chung của trạm trộn bê tông xi măng.
2.2.3.1 Cụm cấp nguyên liệu.
Cấp cát, đá..
Việc cấp cát, đá cho trạm trộn có nhiều phương án khác nhau tuy nhiên tham
khảo thực tế ta có 2 phương án sau:


Bảng 2. 1 Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu.

Cấp liệu kiểu gầu
Vật liệu (đá, cát) được tập kết

Cấp liệu kiểu băng tải
Vật liệu (cát, đá) được tập kết

ngoài bãi chứa liệu ở các ngăn ngoài bãi sau đó được máy xúc gầu
Nguyên
lý

riêng biệt, tiếp theo được gầu cào lật đổ vào bunke, thiết bị định
đổ vào thiết bị định lượng, sau khi lượng. Sau khi được định lượng
định lượng được vật liệu được xả đúng yêu cầu thì băng tải vận
vào skip, từ skip vật liệu được đổ chuyển đổ vào thùng.
vào thùng trộn.
Cấp liệu trực tiếp từ bãi chứa

Cấp liệu cho máy trộn được liên

mà không qua thiết bị vận chuyển tục.

Ưu
điểm

trung gian.

Diện tích mặt bằng cho toàn phải vun cao và không cần phải có
trạm không lớn lắm.
Vật liệu ở bãi chứa phải được
vun cao cho đủ lượng dự trữ.
Việc cấp liệu cho máy trộn
không liên tục.

Nhược
điểm

Vật liệu ở bãi chứa không cần
tấm cách vật liệu.
Việc cấp liệu cho băng tải phải có
thiết bị chuyên dùng.
Khoảng cách giữa băng tải và
thùng trộn tương đối lớn dẫn đến

Bãi chứa phải có vách ngăn khả năng tiếp xúc của vật liệu với
phân chia vật liệu.

môi trường nhiều, sẽ gây ô nhiễm

Với phương án này chỉ áp dụng môi trường nếu không được che
cho trạm trộn có năng suất thấp.

chắn kĩ.
Phương án này được áp dụng cho
các trạm trộn có năng suất lớn.

Cấp xi măng:
Bảng 2. 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu.

Dùng bằng gầu tải
Xi măng từ bao bì nhỏ đổ

Dùng xi lô
Xi măng rời được vận chuyển bằng

Nguyên vào phễu được băng gầu vận khí nén vào xi lô sau đó được vít tải vận
lý
chuyển đổ vào xi lô nhỏ vào


thiết bị định lượng, sau đó chuyển đổ vào thiết bị định lượng trước
được xả vào thùng trộn.
Có thể cấp xi măng cho
trạm với khối lượng nhỏ.

Ưu

khi vào thùng trộn.
Không gây ô nhiễm môi trường.
Tiết kiệm được chi phí vận chuyển do

Kết cấu đơn giản, giá thành nạp xi măng với khối lượng lớn.

điểm

hạ.
Do cấp xi măng từ bao bì
nên gây ô nhiễm.
Nhược
điểm

Năng suất vận chuyển thấp

Khi cần nạp liệu với khối lượng nhỏ
không thuận lợi.
Kết cấu phức tạp, giá thành đắt.

không thích hợp với trạm trộn

Phương pháp này được dùng phổ

có năng suất cao.

biến

Cấp nước và phụ gia:

ở các trạm trộn bê tông.

Việc cấp nước và phụ gia hầu như đều dựa trên phương pháp cấp trực tiếp từ
bồn chứa. Nước và phụ gia từ bồn chứa theo đường ống xả xuống thiết bị định
lượng và vào thùng trộn.
2.2.3.2 Thiết bị định lượng.
Bảng 2. 3 Các phương pháp định lượng.

Định lượng theo thể tích
Vật liệu được xả vào trong

Định lượng theo khối lượng
Vật liệu được xả vào bàn cân, trên

thùng chưa có thể tích phù hợp bàn cân có gắn thiết bị cảm biến, tín
Nguyên
lý

với thể tích vật liệu cho một mẻ hiệu nhận từ cảm biến được xử lý bởi
trộn.

máy tính sau đó kết quả được hiển thị
trên bộ chỉ thị. Ở đây cát, đá, nước,
phụ gia và xi măng được định lượng
độc lập.

Ưu
điểm
Nhược
điểm

Kết cấu đơn giản, giá thành
rẻ.

Định lượng vật liệu có độ chính xác
cao.

Định lượng thành phần cốt
liệu thiếu chính xác dẫn đến

Kết cấu phức tạp, giá thành cao.


chất lượng bê tông không được
đảm bảo.

Hiện nay người ta thường dùng
phương pháp định lượng kiểu khối

Định lượng theo thể tích lượng là chủ yếu.
thường dùng để định lượng
nước và phụ gia hoặc dùng để
định lượng vật liệu ở các trạm
trộn bê tông nhỏ lẻ, nhưng hiện
nay ít sử dụng.
2.2.3.3 Thiết bị trộn.
Dùng để trộn hỗn hợp các nguyên liệu và xả ra xe bồn. Thường sử dụng động
cơ để quay trộn bê tông.
2.2.3.4 Hệ thống điều khiển.
-

Hệ thống điều khiển bằng điện.

-

Cấp nguồn cho trạm trộn.

-

Điều khiển các động cơ cấp liệu, động cơ trộn.

-

Cảnh báo sự cố, báo lỗi.

-

Dừng khi có lỗi…

-

Hệ thống điều khiển khí nén thủy lực.

-

Điều khiển các van khí nén và xy lanh để đóng mở cửa cấp liệu, cửa xả.

2.2.3.5 Kết cấu phụ.
Kết cấu thép dùng để làm giá đỡ cho các cụm ở trên được chắc chắn, đảm
bảo an toàn khi vận hành và sản xuất.

Hình 2. 3 Kết cấu thép.


2.2.4 Nguyên lý hoạt động.
Trạm trộn bê tông xi măng nhìn chung hoạt động theo nguyên lý sau:

Hình 2. 4 Nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng.


CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN
MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13.
3.1 Khái quát chung về PLC.
3.1.1 Lịch sử hình thành.
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic controller) là một
loại máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán
điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, do nhà phát minh người Mỹ
Richard Morley lần đầu tiên đưa ra ý tưởng vào năm 1968. Dựa trên yêu cầu kỹ
thuật của General Motors là xây dựng một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo
thay thế cho mạch điều khiển logic cứng, công ty Allen Bradley và Bedford
Associate (Modicon) đã đưa ra trình bày đầu tiên. Trước đây thiết bị này thường
được gọi với cái tên Programmable Controller, viết tắt là PC, sau này khi máy tính
cá nhân PC (Personal Computer) trở nên phổ biến từ viết tắt PLC hay được dùng
hơn để tránh nhầm lẫn.

3.1.2 Các loại PLC thông dụng.
Bảng 3. 1 Một số loại PLC thông dụng.

S7 – 200: CPU 212, CPU 214, CPU 222, CPU 224…
Hãng Siemens

S7 – 300: CPU 313, CPU 314, CPU 315…
S7 – 400: CPU 412, CPU 413, CPU 414, CPU 416…
S7 – 1200: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C…
Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2C
Dòng CQM1

Hãng Omron

Dòng CP1E
Dòng CP1L
Dòng CP1H
Dòng CJ1/M
Dòng FX: FX1N, FX1S, FX2N, FX3G…

Hãng Mitsubishi

Dòng A PLC: A large CPU, QnAS CPU, AnS CPU
Dòng Q PLC
Dòng L PLC

Hãng Delta

Dòng DVP – SA


Dòng DVP – SC
Dòng DVP – SX
Dòng DVP – SV
Dòng DVP – ES

3.1.3 Ngôn ngữ lập trình.
Các ngôn ngữ lập trình PLC được quy định trong chuẩn IEC 61131 – 3 bao
gồm:
Ngôn ngữ lập trình cơ bản:
-

Instruction List (IL): dạng hợp ngữ.

-

Structured Text (ST): giống

Pascal. Các ngôn ngữ đồ họa:
-

Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le.

-

Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý.

-

Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet.

3.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC.
3.1.4.1 Cấu trúc.

Hình 3. 1 Sơ đồ khối PLC

Bộ xử lý trung tâm (CPU): Bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý điều hành
hoạt động của toàn hệ thống.