Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA
---------------------------------

TRÀ DUY QUỐC DŨNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
ĐỊNH LƯỢNG NGUYÊN LIỆU CHO TRẠM TRỘN
BÊ TÔNG TƯƠI LƯU ĐỘNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số: 60.52.01.03

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN YẾN

Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG
Phản biện 2: PGS. TS THÁI THẾ HÙNG

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Cơ khí họp tại Trường Đại học Bách
khoa vào ngày 27 tháng 10 năm 2018

*Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
- Thư viện Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN


1

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây nhằm đáp ứng nhu cầu về quy mô, chất lượng và tiến
độ thi công xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng cầu đường, thuỷ lợi, sân bay,
bến cảng ...nước ta đã và đang áp dụng nhiều công nghệ mới và sử dụng thiết bị thi
công tiên tiến.
Trong tất cả các máy móc phục vụ công trình xây dựng hiện nay chưa đảm bảo
được yêu cầu về chất lượng cũng như năng suất mà nhu cầu về khối lượng bê tông lớn
nên vấn đề năng suất, chất lượng của sản phẩm phải được quan tâm hơn. Vì thế cần
phải cải tiến nâng cao mức độ cơ giới hoá, tự động hoá các thiết bị trong các dây
chuyền. Đây là vấn đề được ngành cơ khí và ngành xây dựng quan tâm, tiến hành và
không ngừng cải tiến máy móc thiết bị để cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn và năng
suất cao hơn.
Nhằm đáp ứng các yêu cầu đó và nhu cầu phát triển trong các ngành xây dựng
hiện nay, việc nghiên cứu đưa hệ thống điều khiển vào trong các dây chuyền sản xuất
nhằm thay thế các dây chuyền cũ là vấn đề cấp thiết. Để giải quyết được vấn đề trên
cần phải có sự quan tâm của các chuyên gia về lĩnh vực tự động hoá nhằm đáp ứng
nhu cầu của xã hội và định hướng phát triển của đất nước hiện nay phục vụ cho nền
công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước mà nhà nước đã đặt ra.
Các công việc này sẽ được gắn liền với các dây chuyền sản xuất nhằm phục vụ
nhu cầu tất yếu của các nhà sản xuất kinh doanh, tạo điều kiện thuật lợi cho việc cạnh
tranh với các nước trên thế giới, các sản phẩm sản xuất trong nước được xuất khẩu ra
nước ngoài đảm bảo chất lượng và giá thành phù hợp với nhu cầu của người sử dụng.
Luận văn này sẽ trình bày toàn bộ hệ thống tự động định lượng nguyên liệu cho trạm
trộn bê tông tươi lưu động.

Cảm ơn sự hướng dẫn của các thầy giáo trong khoa Cơ khí trường Đại học
Bách Khoa đã tạo điều kiện cho em hoàn thành cuốn luận văn này.
Trân trọng cảm ơn!


2

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Ngày nay lĩnh vực tự động hóa, hiện đại hóa trong cơ khí là mục tiêu quan
trọng của đất nước trong thời đại khoa học phát triển và hội nhập của đất nước với
thế giới, đạt được những thành tựu quan trọng trong vấn đề sản xuất nhằm giảm giá
thành sản phẩm, tăng năng suất, đảm bảo an toàn cho môi trường theo tiêu chí hiện
nay của đất nước cũng như của thế giới, chất lượng thành phẩm cao nhằm cạnh tranh
và đáp ứng nhu cầu các công trình với nhiều sản phẩm đa dạng.
Để phát triển các mục tiêu quan trọng đó cần được sự hổ trợ của các lĩnh vực
như tin học, điện tử, điều khiển tự động, hệ thống đo lường,...đang được áp dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhằm tạo nên những bước đột phá trong sản xuất với
mục đích tăng năng suất và đạt chất lượng cao.
Nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ các nhu cầu khác
nhau trong đời sống và được ứng rất thành công đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Theo xu hướng hiện nay, để tiết kiệm kinh phí cũng như thời gian cho việc vận
chuyển bê tông tươi từ các nhà máy sản xuất, các công trình xây dựng có quy mô lớn
và có nhu cầu sử dụng bê tông cao người ta thực hiện công tác trộn bê tông tươi tại
chân công trình. Tuy nhiên, các trạm trộn bê tông lưu động này vẫn chưa được tự
động hoặc mới bán tự động trong việc cấp nguyên liệu.
Với mong muốn tự động hóa định lượng, chuyển nguyên liệu vào trạm trộn
nhằm giảm nhân công, tăng độ ổn định và chất lượng bê tông tốt hơn, việc thay thế
các hệ thống điều khiển cũ bằng hệ thống điều khiển tự động sử dụng PLC là rất khả

thi. Vì vậy, em chọn đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động định lượng nguyên
liệu cho trạm trộn bê tông tươi lưu động
2. Mục đích nghiên cứu:
Tự động hóa quá trình sản xuất bê tông tươi tại các trạm lưu động nhằm mục đích
giảm nhân công, giảm giá thành và nâng cao chất lượng của bê tông tươi.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
3.1. Đối tượng: Trạm trộn bê tông tươi lưu động sử dụng để phục vụ cho công
trình xây dựng
3.2. Phạm vi nghiên cứu:


3

+ Nguyên lý làm việc của trạm trộn
+ Các thiết bị chính trong trạm trộn
+ Hệ thống điều khiển tự động PLC
+ Thuật toán
+ Sơ đồ khối hệ thống điều khiển PLC
4.. Phương pháp nghiên cứu
Dùng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
-

Lý thuyết: Tham khảo tài liệu để tính toán thiết kế
Thực nghiệm: Tham quan và khảo sát các cơ sở sản xuất bê tông tươi trên địa
bàn thành phố Đà Nẵng.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Về mặt khoa học: Tổng hợp các kiến thức đã được học và nâng cao trình độ
của học viên cao học ngành Kỹ thuật cơ khí.
- Về mặt thực tiễn: Tự động hóa quá trình sản xuất để giảm thiểu sức lao động

cho công nhân, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng của sản phẩm bê tông tươi khi
làm việc tại bất cứ vị trí nào.
6. Cấu trúc luận văn :
Chương 1 Tổng quan tài liệu
Chương 2 Giới thiệu trạm trộn bê tông tươi lưu động
Chương 3 Thiết kế hệ thống tự động định lượng trong trạm trộn bê tông tươi lưu động
Kết quả
Kết luận
.


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Trạm trộn bê tông
1.1.1. Tổng quan hệ thống trộn, thành phần bê tông tươi và phối liệu
Trong lĩnh vực xây dựng, bê tông là một vật liệu vô cùng quan trọng, chất
lượng của bê tông có thể đánh giá được chất lượng của toàn bộ sản phẩm cũng như
chất lượng trong các công trình xây dựng. Do đó, việc xác định chính xác khối lượng
từng nguyên liệu có trong thành phần bê tông cũng chính là việc xác định chất lượng
của sản phẩm. Nhiệm vụ chính trong trạm trộn đề ra là cân trộn cát, đá, nước, xi măng
để đạt độ chính xác cao trong quá trình sản xuất hiện nay để giải quyết vấn đề đó cần
phải áp dụng phương pháp điều khiển tự động đề ra. Khối lượng nguyên liệu cần phải
chính xác với khối lượng đặt ban đầu trong một mẻ trộn, để xác định khối lượng ta sử
dụng cảm biến trọng lượng là loadcell.
Khái niệm chung về bê tông
Các thành phần cấu tạo bê tông
+ Xi măng
+ Cát
+ Đá dăm

+ Nước
+ Phụ gia
+ Loại phụ gia hoạt động bề mặt
+ Loại phụ gia rắn nhanh
1.1.2 Các loại trạm trộn đang sử dụng:

Hình 1.1 Trạm trộn bê tông Vinamac
Các thành phần chính trong một mẻ bê tông
+ Xi măng P400, đá dăm 10*20, cát vàng : tính cho một mét khối bê tông


5

Bảng 1.1
Thành phần

Đơn vị

Mác bê tông
100

150

200

250

300

Xi măng

kg

225.2

268.7

325.2

368.8

410.1

Cát

kg

820. 8

792.3

782.8

769.5

756.2

Đá

kg

1668.2

1639.7

1628.3

1580.8

1571.3

Nước

kg

146.4

174.4

208.2

228.7

246.1

+ Xi măng P500, đá dăm 10*20, cát vàng : tính cho một mét khối bê tông.
Bảng 1.2
Thành phần

Đơn vị

Mác bê tông
100

150

200

250

300

Xi măng

kg

273.4

283.8

327.2

373.7

424.2

Cát

kg

818.9

7999

782.8

775.2

765.7

Đá

kg

1649.2

1634

1628.3

1615

1607.4

Nước

kg

177.7

184.5

209.4

231.7

254.5

1.2. Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động
1.2.1 Hệ thống điều khiển tự động
1.2.2 Vai trò của PLC
PLC (viết tắt của cụm từ Programmable Logic Controller) là một thiết bị điện
tử phức tạp, chúng có nhiều loại do nhiều hãng sản xuất chế tạo, nhằm đáp ứng nhu
cầu phát triển của nền sản xuất hiện đại. Trong một hệ thống dây chuyền sản xuất tự
động hiện đại có sử dụng bộ điều khiển PLC, thì thiết bị này được coi là phần trung
tâm, là bộ não của hệ thống. PLC nhận thông tin về trạng thái của hệ thống và bộ điều
khiển các bộ truyền theo một tuần tự xác định trong danh sách lệnh: nhận các yêu cầu
của đầu vào, điều khiển các yêu cầu đầu ra theo thứ tự lệnh yêu cầu của bộ xử lý, danh
sách lệnh là yêu cầu của người lập trình và được lưu vào bộ nhớ.
1.3. Các cơ cấu chấp hành sử dụng trong trạm trộn
Thùng theo thứ tự cho đến khi đạt khối lượng từng loại theo yêu cầu phối trộn.
Gồm thùng cốt liệu có 3 ngăn được kéo bằng tời, có các bánh xe lăn trên U100 mỗi
ngăn chứa một loại liệu khác nhau và phía dưới đáy có các cửa xả được đóng mở bằng
píton-xylanh khí nén tự động khi xả các loại liệu từ các cửa xả xong xuống thùng định
lượng, thùng định lượng được đặt lên hệ thống cân treo bằng 2 load cell khi cân. Các


6

van xả của xe cốt liệu sẽ cấp các loại liệu đá 1-2, cát, đá 0,5-1 vào của mẻ thì hệ thống

tời kéo sẽ kéo cáp và khi đó nó trở thành xe cấp liệu cho thùng trộn theo 2 ray U100
lên phía trên. Khi đến cửa nhận liệu ở máy trộn, xe cấp liệu nâng thùng nhờ 2 bánh xe
phía sau chạy trên cam nâng để mở cửa xe cấp liệu và đổ liệu vào thùng trộn cho đến
khi hết liệu thì tự động đi xuống, đóng cửa thùng định lượng để chuẩn bị định lượng
cho mẻ liệu tiếp theo.
1.4 Các loại cảm biến
1.4.1 Khái niệm cảm biến: Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các
đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng
điện có thể đo và xử lý được.
Các đại lượng cần đo (m) thường có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ...) tác
động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp,
dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng
cần đo (m):
S=F(m)
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại
lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua đo đạc (s)
cho phép nhận giá trị của (m).
1.4.2 Các loai cảm biến
- Cảm biến quang
- Cảm biến đo nhiệt độ
- Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển
- Cảm biến đo và biến dạng
- Cảm biến đo lực
- Cảm biến đo vận tốc, gia tốc và rung
- Cảm biến đo áp suất chất lưu
- Cảm biến đo lưu lượng và mức chất lưu
- Cảm biến thông minh
PW2 single point aluminum load cell

Single point load cell PW12

7

PW15 Single point load cell from stainless steel

PW16 - Single Point Load Cell

Hình 1.6 Một số hình ảnh của loadcell


8

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TRẠM TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI LƯU ĐỘNG
2.1 Yêu cầu kỹ thuật
Trong quá trình hoạt động của trạm trộn đòi hỏi sự kết hợp giữa các bộ phận
với nhau trong quá trình điều khiển cho ra được sản phẩm theo yêu cầu.
- Tự động theo chương trình.
- Bằng tay.
2.2 Nguyên lý làm việc thiết bị trong trạm trộn
2.1.1 Sơ đồ nguyên lý

15
5

3

4

2

6
14

7

1
8

12
9

11

10

16

13

Hình 2.1. Mô hình trạm trộn bê tông được thiết kế
1/ Máng cấp xi măng 2/ Vít tải xi măng I 3/ Xi lô chứa xi măng 4/ Vít tải xi
măng II 5/ Xi lô cân xi măng 6/ Thùng cân nước 7/ Thùng trộn 8/ Máng ra hỗn hợp 9/
Xe vận chuyển liệu 10/ Xe skin 11/ Tủ điện 12/Động cơ vít tải I 13/Động cơ bơm nước
14/ Động cơ kéo liệu 15/ Động cơ kéo skin 16/Động cơ vít tải II
2.1.2 Nguyên lý làm việc:
2.3. Chu trình hoạt động của trạm trộn
2.4. Các kết cấu chính của trạm trộn
2.4.1 Xylô xi măng
2.4.2 Vít tải xi măng

2.4.3 Thùng định lượng xi măng


9

2.4.4 Thùng định lượng nước
2.4.5 Bơm nước
2.4.6 Thùng chứa nước
2.4.7 Xe cốt liệu
2.4.8 Thùng định lượng
2.4.9 Máy trộn
2.4.10 Xe skin
2.4.11 Tủ điện
2.4.12 Máy nén khí
2.4.13 Bầu lọc
2.4.14 Hệ thống các van Solenoid
2.4.15 Van điện từ
2.4.16 Công tắc hành trình


10

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG TRẠM
TRỘN BÊ TÔNG TƯƠI
3.1. Giới thiệu các phương pháp điều khiển
“Điều khiển” là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác động của một
hay nhiều đại lượng vào thì đại lượng ra sẽ thay đổi theo một quy luật nhất định.
Tín hiệu nhiễu z
xe Đối tượng điều khiển
Dây chuyền sản xuất

Tín hiệu điều khiển
xa

xe1
xe2

Thiết bị điều khiển

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển
Đối tượng điều khiển: Thiết bị, máy móc trong kỹ thuật.
Thiết bị điều khiển: Các phần tử truyền tín hiệu, phần tử xử lý và điều khiển, cơ
cấu chấp hành
3.1.1. Điều khiển lôgic
3.1.2. Điều khiển bằng PLC
Cấu trúc phần cứng của PLC
Bộ nhớ
3.1.3. Điều khiển bằng vi điều khiển
a Khái quát chung về vi điều khiển
b Sơ đồ khối của một bộ vi điều khiển
c. Cấu trúc của vi điều khiển 8051
d. Cấu trúc bên trong của 8051
3.2. Thiết bị điều khiển ứng dụng trong đề tài
3.2.1. Khảo sát PLC loại S7-200 của hãng siemens
3.2.1.1. Cấu Hình Phần Cứng
3.2.1.2. Cấu trúc phần cứng của CPU 224


11

3.2.1.3 Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ S7- 200 được chia làm 4 vùng với 1 tụ điện có nhiệm vụ duy trì dữ liệu
trong một khoảng thời gian nhất định khi bị mất nguồn. Bộ nhớ S7- 200 có tính năng
động cao, đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bít nhớ đặc biệt SM (Special
memory) chỉ có thể truy nhập để đọc.
3.2.1.4. Vùng chương trình
3.2.1.5. Vùng tham số
3.2.1.6. Vùng dữ liệu
3.2.1.7. Vùng đối tượng
3.2.2. Các thông số kỹ thuật của PLC họ S7-200
Mục
Điện áp trung cấp

20 ngõ vào ra

30 ngõ vào ra

Loại AC

100 đến 240 VAC, 50/60 Hz

Loại DC

24 VDC

Miền điện áp hoạt Loại AC
động
Loại DC

85 đến 264 VAC

20.4 đến 26.4 VDC

40 ngõ vào ra


12

Công suất tiêu thụ Loại AC
Dòng
ngột

tăng

60VA

Loại DC

20W

đột Loại AC

60A

Loại DC

20A

Cung cấp năng Điện áp 24 VDC
lượng bên ngoài cung cấp
chỉ AC

nguồn
Tụ

ngõ 300 Mal: Chỉ dùng để cấp nguồn cho ngõ vào

ra
cấp
nguồn
Điện

trở

điện

cách 20MΩ (ở 500 VDC) giữa các thiết bị đầu cuối AC và thiết bị đầu
cuối nối đất bảo vệ

Khả năng chống Theo tiêu chuẩn châu Âu IEC6100-4-4;
nhiễu
Điện trở dao động 10 đến 57 Hz, biên độ 0.075 - mm. 57 đến 150 Hz, tốc độ đạt
được 9,8 m/s² ở các hướng X,Y,Z mỗi hướng được 80 phút
Điện trở sốc

147m/s² , 3 lần mỗi lần ở các hướng X,Y và Z

Nhiệt độ
trường

môi Hoạt động: 0º - 25ºC

Lưu trữ: 25º - 75ºC

Độ
ẩm
trường

môi Từ 10% đến 90% (không có sự ngưng tụ)

Môi trường xung Không bị ôxi hoá
quanh
Kích cỡ đinh vít M3
thiết bị đầu cuối
Thời gian giữ Loại AC: Thấp nhất là 10 ms
cung cấp nguồn
Loại DC: Thấp nhất là 2ms
Trọng lượng CPU Loại AC

650 g max

700 g max

800 g max

Loại DC

550 g max

600 g max

700 g max

Trọng lượng của Loại 20 ngõ vào ra: 300 g Max
khối mở rộng I/O Loại có 8 ngõ ra: 250 g Max
Loại có 8 ngõ vào: 200 g Max
Trọng lượng của Modul mở rộng Anlog: 150 g Max
khối mở rộng
Modul cảm biến nhiệt: 250 g Max
Modul mở rộng CompBus/S: 200 G Max


13

3.2.3. Cấu trúc chương trình của S7- 200
Có thể lập trình cho S7- 200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm:
- Step 7- Micro/ Dos
- Step 7 - Micro/ Win
3.2.4. Thực hiện chương trình của S7- 200
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng
vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. trong từng vòng
quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc
MEND. Sau gai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm
lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới
các cổng ra.
3.2.5. Các toán hạng lập trình cơ bản
Có 6 phần tử lập trình cơ bản, mỗi phần tử có công dụng riêng. Để dễ dàng xác
định thì mỗi phần tử gán cho một ký tự.
I
:Dùng để chỉ ngõ vào vật lý nối trực tiếp với PLC.
Q : Dùng để chỉ ngõ ra vật lý nối trực tiếp với PLC.

T :Dùng để xác định phần tử định thời có trong PLC.
C :Dùng để xác định phần tử có bên trong PLC.
M và S: Dùng như các cờ hoạt động như bên trong PLC.
Tất cả các phần tử toán hạng trên có 2 trạng thái ON hoặc OFF ( 1 hoặc 0).
Cuộn dây có thể được điều khiển trực tiếp ngõ ra từ PLC (như phần tử Q), hoặc
có thể điều khiển bộ định thì, bộ đếm hoặc cờ (như phần tử M hoặc S). Mỗi cuộn dây
được gắn với các công tắc. Các công tắc này có thể là thường mở hoặc thường đóng.
Các ngõ vào vật lý nối đến bộ điều khiển lập trình ( phần tử I) không có cuộn
dây để lập trình. Các phần tử này có thể dùng ở dạng công tắc mà thôi (loại thường
đóng hoặc thường mở).
3.3. Cảm biến ứng dụng trong trạm trộn
3.3.1. Các loại cảm biến
Các loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa các quá trình sản
xuất và điều khiển tự động các hệ thống khác nhau. Chúng có chức năng biến đổi sự
thay đổi liên tục các đại lượng đầu vào (đại lượng đo lường - kiểm tra, là các đại lượng
không điện nào đó thành sự thay đổi của các đại lượng đầu ra là đại lượng điện, ví dụ:
điện trở, điện dung, điện kháng, dòng điện, tần số, điện áp rơi, góc pha,...


14

3.3.1.1. Các thông số cơ bản của cảm biến
a) Độ nhạy S=

Y
X

X: gia số đại lượng đầu vào.Với: +
Y: gia số đại lượng đầu ra.+
Trong thực tế còn sử dụng độ nhạy tương đối: S0=

Y
X

Với: Y là đại lượng ra.
X là đại lượng vào.
Cảm biến có thể là tuyến tính nếu S0=const hoặc là phi tuyến nếu S0= var. Cảm
biến phi tuyến có độ nhạy phụ thuộc vào giá trị đại lượng vào (X).
b) Sai số
Sự phụ thuộc của đại lượng ra Y vào đại lượng đầu vào X gọi là đặc tính vào ra
của cảm biến. Sự sai khác giữa đặc tính vào ra thực với đặc tính chuẩn (đặc tính tính
toán hay đặc tính cho trong lí lịch) được đánh giá bằng sai số.
Phân làm hai loại sai số
+ Sai số tuyệt đối ΔX=X'−X
X': giá trị đo được; X: giá trị thực.
+ Sai số tương đối a=

X
X

Các nguyên nhân ảnh hưởng tới sai số
Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan ảnh hưởng tới sai số, trong thực tế
người ta đưa ra các tiêu chuẩn và các điều kiện kĩ thuật để hạn chế mức độ ảnh hưởng
này trong phạm vi cho phép.
3.3.1.2. Các yêu cầu của cảm biến
Muốn có độ nhạy cao, sai số nhỏ, cảm biến cần có các tính chất sau:
+ Có dải thay đổi đại lượng vào cần thiết.
+ Thích ứng và thuận tiện với sơ đồ đo lường, kiểm tra.
+ Ảnh hưởng ít nhất đến đại lượng đầu vào.
+ Có quán tính nhỏ.

3.3.1.3. Phân loại cảm biến
Có thể phân các cảm biến làm hai nhóm chính: là cảm biến tham số (thụ động)
và cảm biến phát (chủ động hay tích cực).
* Nhóm phát bao gồm các loại cảm biến sử dụng hiệu ứng cảm ứng điện từ,
hiệu ứng điện áp, hiệu ứng Holl và sự xuất hiện sức điện động của cặp nhiệt ngẫu, tế
bào quang điện.


15

+ Hiệu ứng cảm ứng điện từ: trong một dây dẫn chuyển động trong một từ
trường không đổi sẽ xuất hiện một sức điện động tỉ lệ với từ thông cắt ngang dây trong
một đơn vị thời gian, nghĩa là tỉ lệ với tốc độ dịch chuyển của dây dẫn.
+ Hiệu ứng cảm ứng điện từ được ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của
vật thông qua việc đo sức điện động cảm ứng.
+ Hiệu ứng quang phát xạ điện tử: là hiện tượng các điện tử được giải phóng
thoát ra khỏi vật liệu tạo thành dòng được thu lại dưới tác dụng của điện trường.
+ Hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn: là hiện tượng khi một chuyển tiếp PN được chiếu sáng sẽ phát sinh ra các cặp điện tử-lỗ trống, chúng chuyển động dưới
tác dụng của điện trường chuyển tiếp làm thay đổi hiệu điện thế giữa hai đầu chuyển
tiếp.
+ Hiệu ứng Holl: trong vật liệu (thường là bán dẫn) dạng tấm mỏng có dòng
điện chạy qua đặt trong từ trường B có phương tạo thành một góc với dòng điện I sẽ
xuất hiện một hiệu điện thế U theo hướng vuông góc với B và I. Hiệu ứng Holl được
ứng dụng để xác định vị trí của một vật chuyển động. Vật sẽ được ghép nối cơ học với
một thanh nam châm, ở mọi thời điểm vị trí của thanh nam châm xác định giá trị của
từ trường và góc lệch tương ứng với tấm bán dẫn mỏng làm trung gian. Hiệu điện thế
đo được giữa hai cạnh tấm bán dẫn trong trường hợp này (gián tiếp) là hàm phụ thuộc
vị trí
3.3.2. Lựa chọn các cảm biến cho trạm trộn
Cảm biến lực dùng trong việc đo khổi lượng được sử dụng phổ biến là Loadcell.

Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn
hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưa
biết.
Bộ phận chính của Loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở là
một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong
điện trở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu
điện tỉ lệ với mức độ thay đổi của điện trở
- Nguyên lý bố trí các cảm biến
Các cảm biến được bố trí trên các vi trí thích hợp nhằm phù hợp với quá trình sản xuất
đảm bảo độ chính xác trong quá trình cân. Được nối với máy tính nhằm thực hiện việc
giám sát quá trình sản xuất và theo dõi kiểm tra đánh giá tính ổn định khối lượng cung
cấp vào hệ thống sản xuất, đáp ứng nhu cầu sản xuất thực tế.


16

Cảm biến trọng lượng

Cảm biến trọng lượng


17

Cảm biến trọng lượng

Hình 3.8 Bố trí các cảm biến

Hình 3.9 Sơ đồ hệ thống điều khiển phần định lượng

18

3.4. Thuật toán trong điều khiển

Bắt đầu
Cát
Đá 1

Cân đủ khối lượng

Đá 2

Cân đủ khối lượng

Nước

Cân đủ khối lượng

Xi măng

Trộn tổng hợp

Xả hỗn hợp

Kết thúc

Cân đủ khối lượng

Cân đủ khối lượng

19

3.5. Chương trình điều khiển.
3.6. Thiết kế các bộ phận tự động định lượng
Tùy theo mẻ liệu yêu cầu, thứ tự từng loại vật liệu cho một mẻ như sau:
Gồm thùng cốt liệu có 3 ngăn được kéo bằng tời, có các bánh xe lăn trên U100
mỗi ngăn chứa một loại liệu khác nhau và phía dưới đáy có các cửa xả được đóng mở
bằng píton-xylanh khí nén tự động khi xả các loại liệu từ các cửa xả xong xuống thùng
định lượng, thùng định lượng được đặt lên hệ thống cân treo bằng 2 load cell khi cân.
Các van xả của xe cốt liệu sẽ cấp các loại liệu đá 1-2, cát, đá 0,5-1 vào của mẻ thì hệ
thống tời kéo sẽ kéo cáp và khi đó nó trở thành xe cấp liệu cho thùng trộn theo 2 ray
U100 lên phía trên. Khi đến cửa nhận liệu ở máy trộn, xe cấp liệu nâng thùng nhờ 2
bánh xe phía sau chạy trên cam nâng để mở cửa xe cấp liệu và đổ liệu vào thùng trộn
cho đến khi hết liệu thì tự động đi xuống, đóng cửa thùng định lượng để chuẩn bị định
lượng cho mẻ liệu tiếp theo.
Thùng định lượng nước được treo trên 1 LOAD CELL được đặt tại trọng tâm
thùng. Dung tích thùng định lượng nước 80lít. Đầu vào của thùng được cấp nước từ 1
bơm nước bơm từ thùng chứa phụ và một van xả nước bằng loại van điện từ được điều
khiển tự động . Nó được đóng khi cân nước và được mở ra khi xả nước vào thùng trộn.
Thùng định lượng xi măng đuợc treo trên 3 LOAD CELL có sức chứa 120lit và
được vận hành tự động khi phối trộn liệu. Trên thùng có các cơ cấu như van đóng, mở
cửa thùng định lượng bằng piston - xi lanh khí nén để đóng khi định lượng và mở khi
xả xi măng vào thùng trộn. Để đảm bảo quá trình cân xi măng được chính xác, giữa vít
tải - thùng định lượng - miệng xả vào thùng trộn được liên kết bằng các ống cao su
ruột gà để đảm bảo độ kín bụi xi măng khi làm việc nhưng không ảnh hưởng đến độ
chính xác khi cân do các phần được tách rời nhau. Ngoài ra để xả hết xi măng trong
thùng trộn, có bố trí hệ thống thông khí nén để thổi và hệ thống máy rung phễu chứa xi
măng để chắc chắn là xi măng xuống hết và làm sạch thùng định lượng khi xả.
Là loại máy trộn ngang được lắp 14 cánh đảo, cánh khuấy và cánh trộn để

chuyển liệu theo di chuyển theo chiều dọc của thùng và đẩy liệu từ ngăn này sang
ngăn khác nhằm mục đích làm đồng đều các loại liệu trong thùng. Dung tích hữu dụng
của máy trộn là 500lit.
Sau khi đã trộn xong mẻ liệu (theo thời gian đặt trước), cửa xả liệu ở đáy sẽ
được tự động mở ra nhờ piston - xilanh khí nén để tháo liệu và các cánh đảo, cánh trộn
sẽ đẩy hết vữa bê tông xuống thùng chứa.
Sau khi đã xã hết liệu trong máy trộn xuống thùng chứa liệu, cửa xã liệu tự
động đóng lại để chuẩn bị cho mẻ trộn tiếp theo.


20

Trong thùng chứa có gắn một bộ cánh khuấy, cánh đảo và cánh tải liệu để cấp
liệu cho vít tải một cách đồng đều trong khi vít tải hoạt động cấp liệu cho ống. Ngoài
ra, còn bố trí thêm một máy rùng để liệu trong thùng chứa liệu thoát hết ra ngoài để
cung cấp cho vít tải bê tông. Khi hết ca làm việc hoặc phải dừng máy lâu, cần phải làm
sạch thùng liệu cũng như làm sạch thùng của máy trộn để tránh tình trạng đông kết bê
tông trong thùng của máy trộn và trong thùng chứa bằng cách mở cửa xả đáy ở phía
dưới đáy của thùng chứa.
3.7. Hướng dẫn lắp ráp, vận hành và bảo dưỡng máy
3.7.1 Hướng dẫn lắp ráp
+ Sơ đồ lắp ráp phần điện và bộ PLC
Quy định các tiếp điểm vào ra của hệ thống
Nút ấn
*
STOP I0.0
*
*
*

START
PAUSE
AUTOMATION

*
CẢM BIẾN 1
*
CẢM BIẾN 2
*
CẢM BIẾN 3
*
CẢM BIẾN 4
Van khí nén và động cơ
*
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 1 CỐT LIỆU
*
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 2 CỐT LIỆU
*
CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 1 CẤP LIỆU

Ngõ vào
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
Ngõ ra

Q0.0
Q0.1
Q0.2

*
*
*
*
*
*
*
*

CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 2 CẤP LIỆU
VÍT TẢI XI MĂNG
MÁY TRỘN
BƠM NƯỚC
VAN XẢ ĐÁ 1
VAN XẢ CÁT
VAN XẢ ĐÁ 2
VAN XẢ XI MĂNG

Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1
Q2.0

*
*

VAN XẢ NƯỚC
VAN XẢ BÊ TÔNG

Q2.1
Q2.2


21

3.7.2 Hướng dẫn vận hành máy
1. Đóng điện tủ điều khiển :
2. Thao tác kiểm tra:
3. Cài đặt các thông số cho trạm trộn
4. Giải thích chức năng các phím:
5. Cài đạt thông số của trạm trộn:
a. Cài đặt tỷ lệ thành phần của mác bê tông:
b. Cài đặt mác bê tông và khối lưỡng mẻ trước khi chạy trạm trộn:
c. Xem số liệu hiện tại của các cân:
3.7.3 Hướng dẫn bảo dưỡng máy
1. Hệ thống cân
2. Hệ thống nén khí
3. Thùng trộn
4. Hệ thống điện
5. Hệ thống các vít tải
6. Hệ thống xe cốt liệu, xe cấp liệu

22

KẾT LUẬN
1. Kết quả của đề tài:
- Đã thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống tự động định lượng cho trạm trộn bê
tông tươi lưu động điều khiển bằng PLC.
- Trên cơ sở dây chuyền có sẵn các hoạt động định lượng vật liệu cho một mẻ
bê tông hoạt động theo các yêu cầu về thiết kế điều khiển đặt ra. Dây chuyền hoạt
động ổn định, chu trình hoạt động đúng theo yêu cầu.
2. Khả năng ứng dụng của đề tài:
- Ứng dụng vào sản xuất thực tế
- Làm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và học tập cho sinh viên khoa Cơ
3. Hướng phát triển của đề tài:
- Nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển tự động không chỉ cho dây chuyền
sản xuất bê tông tươi lưu động, mà còn phát triển với nhiều máy khác như điều khiển
hệ thống sản xuất xi măng, hệ thống định lượng sản phẩm dạng hạt...


23

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
[1] KS Nguyễn Khánh An (2003), Giáo trình PLC simatíc S7 - 200, Trung tâm điện
tự động, Đà Nẵng.
[2] Phạm Quang Dũng (1999), Máy sản xuất vật liệu xây dựng và cấu kiện xây
dựng, Nxb Khoa học và kỹ thuật.
[3] Lê Văn Doanh (1999), Cẩm nang kỹ thuật điện tự động hoá và tin học công
nghiệp, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[4] PGS.TS Phạm Đắp, PGS.TS Trần Xuân Tuỳ (1998), Điều khiển tự động trong

lĩnh vực cơ khí, tập 1, Nxb Giáo dục, Hà Nội.
[5] TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy (2008), Tự động hoá trongcông nghiệp
với S7&Protool, Nxb Hồng Đức.
[6] Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hoà (2003), Kỹ thuật đo
lường các đại lượng vật lý, Nxb Giáo dục, Hà Nội.
[7] Nguyễn Văn Hoà, Bùi Đăng Thành, Hoàng Sỹ Hồng (2004), Đo lường điện và
cảm biến đo lường, Nxb Giáo dục, Hà Nội.
[8] Phạm Văn Khảo (1998), Truyền động tự động khí nén, Nxb Khoa học và kỹ
thuật.
[9] Phùng Văn Lự (1999), Vật liệu xây dựng, Nxb Giáo dục.
[10] Tăng Văn Mùi, TS Nguyễn Tiến Dũng (2002), Điều khiển logíc lập trình PLC,
Nxb thống kê.
[11] Phạm Công Ngô (2002), Lý thuyết điều khiển tự động, Nxb Khoa học và kỹ
thuật.
[12] Tống Văn On, Hoàng Đức Hải (2005), Họ vi điều khiển 8051, Nxb Lao độngxã hội, TP Hồ Chí Minh.
[13] Nguyễn Ngọc Phương (1999), Hệ thống điều khiển bằng khí nén, Nxb Giáo
dục.
[14] TS Lê Hoài Quốc, KS Chung Tấn Lâm (2006), Bộ điều khiển lập trình PLC,
Nxb Đại học quốc gia, TP Hồ Chí Minh.
[15] Trần Doãn Tiến (1999), Tự động điều khiển các quá trình công nghệ, Nxb Hà
Nội.
Trang Web