Thiết kế trạm trộn bê tông 30m3/h dùng PLC S7-200

thiết kế và chế tạo ra những sản phẩm với chất lượng cao giá thành hạ. Được sự hỗ trợ phát triển mạnh của công nghệ thông tin. Bộ vi xử lý ra đời đã trở thành một công cụ hoàn hảo để phục vụ cho hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất. Ngoài ra máy tính cũng được dùng như một thiết bị điều khiển vạn năng, nó được đặt trực tiếp trên các dây chuyền công nghệ để giám sát và quản lý các quá trình. Để trợ giúp con người điều khiển một cách tối ưu của quá trình sản xuất với hiệu quả cao. Nhờ được tự động hoá làm giảm sức lao động của con người các hệ thống máy móc tự động đã đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt nâng cao chất lượng sản phẩm tăng năng suất lao động hạ giá thành, sử dụng nguyên liệu tiết kiệmv.v.. Trong quá trình học và được sự đồng ý của thầy cô trong bộ môn tự động hoá xí nghiệp. Em được giao nhận đề tài: "Thiết kế trạm trộn bê tông 30m3/h dùng PLC S7-200". Trong quá trình tham khảo, tìm tài liệu và nghiên cứu trong thực tế dây chuyền trạm trộn bê tông tươi và qua sách tham khảo kỹ thuật. Song do thời gian có hạn và kinh nghiệm chưa có, nên trong bản đồ án của em còn có nhiều sai sót. Nhưng được sự giúp đỡ của bạn bè trong lớp và đặc biệt được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Phan Cung đã giúp đỡ và sửa chữa để em hoàn thiện bộ đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong Bộ môn. Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2006 Chương 1 Khái quát chung về bê tông và trạm trộn bê tông. 1.1. Khái quát chung về bê tông: 1.1.1. Khái niệm. Bê tông là loại vật liệu rất quan trọng và rất phổ biến trong ngành xây dựng. Nó là nguyên vật liệu chính tạo bộ khung chịu lực, nền móng cho công trình, bê tông được hình thành khi làm rắn chắc hỗn hợp gồm xi măng, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá răm) và phụ gia. Hỗn hợp vật liệu nêu trên mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông phải có độ dẻo nhất định để vận chuyển, tạo hình và dầm chặt được dễ dàng. Bê tông được cấu tạo bởi bộ khung chịu lực chính là cốt liệu, vữa xi măng và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò kết dính, đồng thời lấp đầy các khoảng trống giữa các cốt liệu. Khi rắn chắc hồ xi măng dính kết các cốt liệu thành một khối đá và được gọi là bê tông, bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. Ngoài xi măng các loại, có thể dùng một phần hoặc thay thế toàn bộ xi măng bằng chất polime đó là xi măng polime hoặc bê tong polime (bê tông nhựa). Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80-85%, còn xi măng chiếm 8-15% khối lượng. Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng có những ưu điểm sau: Cường độ cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau, giá thành hợp lý, bền vững và ổn định với Nước, nhiệt độ, độ ẩm. Tuy vậy bê tông khá nặng (gb=2,2-2,4) cách âm, cách nhiệt kém, khả năng chống ăn mòn yếu. Yêu cầu cơ bản của bê tông là phải đạt được cường độ ở độ tuỏi quy định hoặc đạt yêu cầu khác như độ chống thấm, ổn định với môi trường và tin cậy khi khai thác, giá thành không quá đắt. Với các loại bê tông đặc biệt phải tuân theo các quy định riêng. 1.1.2. Phân loại: Bê tông có nhiều loại, theo từng yêu cầu có thể phân loại như sau: Theo cường độ : Bê tông thường: Cường độ từ 150-1400daN/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 và lớn hơn. 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). Theo loại cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit), bê tông kêramdit, bê tông cốt thép kim loại. Theo khối lượng thể tích Bê tông đặc biệt nặng (gb>2,5g/cm3), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng dùng cho kết cấu đặc biệt. Bê tông nặng (gb=1,8 - 2,5), chế tạo từ cát sỏi bình thường, dùng cho kết cấu chịu lực. Bê tông nhẹ (gb=0,5-1,8), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo hay tự nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rồng và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ). Bê tông đặc biệt nhẹ (gb=1,8 - 2,5), cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng. Theo phạm vi sử dụng: Bê tông thường được dùng trong các kết cầu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn), bê tông thuỷ 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 a xit, bê tông chống phóng xạ. 1.1.3. Vật liệu làm bê tông nặng: a. Xi măng: Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng chen 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 bê tông. Bình thường hồ xi măng lấp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau một chút (với cự ly 143 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 có cường độ cao hơn cường độ bê tông 1,542 lần. Khi xi măng chứa lượng hồ xi măng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mứ chúng hầu như không có tác dụng tương hỗ với nhau. Khi đó, cường độ của đá xi măng nên yêu cầu về cường độ của cốt liệu ở mức 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 sufat, xi măng pô lăng xủ, xi măng puzolan và các chất kết dính khác để thoả mãn các yêu cầu của công trình. Việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt quan trọng để vừa đảm bảo đạt yêu cầu bê tông thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kinh tế. Để thoả mãn các yêu cầu của công trình. Việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt quan trọng để đảm bảo đạt yêu cầu bê tông thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kinh tế. Để thoả mãn các yêu cầu trên cần phải dùng xi măng mác thích hợp để chế tạo bê tông, không nên dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp, vì lượng xi măng dùng sẽ thấp, không tạo ra sự đồng nhất trong cấu trúc bê tông. Nên chọn mác xi măng theo mác bê tông theo định hướng sau: Mác bê tông 100 150 200 250 300 350 400 450 600 và lớn hơn Mác xi măng 200 300 300 400 400 400 500 400 500 500 600 600 600 và lớn hơn Lượng xi măng tối đa được quy định theo tuỳ loại công trình, thông thường xi măng tối đa khoảng 450-480kg/m3 cho các công trình cầu đường. b. Cốt liệu nhỏ cát. Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5mm theo TCVN; từ 0,15 đến 4,75 mm theo tiêu chuẩn Mỹ và từ 0,08 đến 5mm theo tiêu chuẩn Pháp. Lượng cát khi trộn với xi măng, không kinh tế nếu ít cát quá thì cường độ bê tông giảm. c. Cốt liệu lớn -đá dăm hoặc sỏi: Sỏi do mặt tròn, nhẵn, độ rỗng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước, tốn ít xi măng mà vẫn dễ dầm, dễ đổ, nhưng lực dính bán với vữa xi măng nhỏ nên cường độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm. Ngược lại do đá dăm bị dập vỡ có nhiều góc cạnh, diện tích bề mặt lớn và không nhẵn nên lực bám dính với vữa xi măng lớn đã tạo ta bê tông có cường độ cao hơn là bê tông dùng sỏi. Tuy nhiên mác của đã dăm phải lớn hơn hay bằng mác của bê tông được tạo ra. Cốt liệu lớn có kích thước của hạt từ 5-80 mm trong kết cấu khối lớn có thể đến 150 mm (TCVN; Pháp); theo tiêu chuẩn của Mỹ từ N08 đến 25inh, tức là 2,36mm đến 63mm (ASTM). Mác đá dăm phải tương đương mác của bê tông. Mác bê tông Mác nén giập, không lớn hơn 400 và lớn hơn 300 200 10 14 18 8 12 16 d. 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 hoạc làm tăng độ chống thấm. Phụ gia sử dụng thông thường có 2 loại: Loại rắn nhanh và hoạt động bề mặt (dẻo hoặc siêu dẻo). Phụ gia rắn thường là các loại muối gốc clo (CaCl2) hoặc muối silic. Do là chất xúc tác làm tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của C3S 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. Bê tông dùng CaCl toả nhiều nhiệt hơn và có thể gây ăn mòn cốt thép. Việc sử dụng phải rất thận trọng. Muối silic kết hợp với chất siêu dẻo sẽ tạo ra bê tông rất đặc và có cường độ sớm rất cao. Phụ gia hoạt động bề mặt sử dụng một lượng đặc và có cường độ sớm rất cao. Phụ gia hoạt động bề mặt sử dụng một lượng nhỏ nhưng không có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông như: Tăng độ dẻo của bê tông từ 2 đến 6 hoặc 12 cm, giảm lượng mức nhào trộn và vì vậy làm tăng cường độ bê tông. Hiện nay trong công nghệ bê tông còn sử dụng phụ gia đa chức năng – hỗn hợp của phụ gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt các phụ gia tăng độ bền nước hoặc tăng độ bền nước biển cho bê tông. e. Nước. Nước để chế tạo bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn và bảo dưỡng bê tông) phải có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết và rắn chắc của xi măng và không ăn mòn cốt thép. Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được, còn các loại nước không nên dùng là: Nước đầm, ao hồ…Nước cống rãnh, nước chứa dầu mỡ, đường nước có dộ PH <4, muối có độ sunfat lớn hơn 0,27%. Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông. Lượng nước nhào trộn bao gồm nước tạo hồ xi măng và lượng nước cho cốt liệu. Lượng nước trong bê tông các định tính chất của hỗn hợp bê tông: Độ lưu động và độ cứng của 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 lên. Lượng nước ứng với lúc bê tông có độ lưu động tốt nhất mà không bị phân tầng được gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp. Nếu lượng nước nhiều quá, khi dầm nước ứng với lúc bê tông có độ lưu động tốt nhất mà không bị phân tầng được gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp tạo thành những hốc rỗng ảh hưởng không không tốt đến cấu trúc và tính chất bêtông. Nước biển có thể dùng để chế tạo bêtông cho những kết cấu làm việc trong Nước biển, nếu tổng các loại muối trong Nước vượt quá 35 kg trong một lít Nước, tuy nhiên cường độ bêtông sẽ giảm và không được sử dụng trong bêtông có cốt thép. 1.2. Tổng quan về trạm trộn bêtông. 1.2.1. Khái niệm và chức năng của trạm trộn bêtông. Trạm trộn bêtông được chế tạo nhằm sản xuất ra bêtông với chất lượng tốt và đáp ứng nhanh nhu cầu về bêtông trong xây dựng. Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ tự động hoá cao thường được sử dụng phục vụ cho các công trình vừa và lớn, hay một khu vực có nhiều công trình đang xây dựng. Nếu trộn bê tông theo phương pháp thủ công thì tại hiện trường Cát, Đá, Nước đong bằng đơn vị thể tích (xô, thùng), xi măng là loại vật liệu đắt tiền phải đong bằng kg hay đong bằng bao. Đầu tiên người ta đổ cát vào sân, trộn cát và xi măng vào trước, sau khi cát xi măng đều màu thì tiếp tục cho đá vào. Khi cho đá và xi măng cát, vừa cho vừa đảo đều khi không đồng đều, dùng xẻng, cuốc vào và trộn đều. Thời gian trộn cốt bê tông thì không quá 15 – 20 phút. Nếu trộn bê tông bằng máy các nguyên vật liệu được cân đo tự động bằng cân điện tử rất chính xác và được trộn bằng máy, do đó thời gian để trộn một mẻ bê tông chỉ mất khoảng 1 phút. Máy trộn bê tông theo 2 phương pháp: Trộn rơi tự do và trộn cưỡng bức. Trộn rơi tự do: Quá trình xảy ra tích cực nhờ được các dòng vật liệu đa chéo nhay do cánh trộn và thành thùng trộn được lên cao rồi rơi xuống. Máy trộn rơi tự do gồm một thùng trộn (hình quả trám, quả đào, tang trống) quay xung quanh một trục nằm ngang hoặc nằm nghiêng (khoảng 15 phút) phía trong có cánh trộn. Trộn cưỡng bức: Là dùng lực ngoài làm chuyển động cánh trộn, qua đó tiến hành trộn bê tông. Máy trộn gồm một thùng trộn, trong có hai trục đăthực hiện thẳng đứng hay nằm ngang, trên có cánh trộn . Khi trục quay thì công việc trộn được tiến hành. Là loại máy tốn năng lượng nhưng năng suất cao. Bê tông chất lượng đáp ứng được nhu cầu của thực tế sản xuất, dùng nhiều ở các trạm sản xuất bê tông. Máy trộn cưỡng bức có hai loại: Trộn cưỡng bức liên tục và trộn cưỡng bức theo chu kỳ. Máy trộn cưỡng bức liên tục: Quá trình nạp trộn và xả bê tông diễn ra đồng thời, loại này trộn vật liệu vào và liên tục, do các cánh trộn có hướng thích hợp nên vừa trộn vừa dịch chuyển về phía xả, được dùng để sản xuất bê tông và vữa xây dựng, có năng xuất trộn từ 5m3/h - 60m3/h thậm chí 120m3/h. Thường các máy này được tổ hợp trong các trạm trộn vì ở đó yêu cầu chatá lượng bê tông và vữa lớn, số mác hạn chế. Máy trộn cưỡng bức làm viêc theo chu kỳ: quá trình làm việc của máy diễn ra theo trình tự: Nạp liệu, trộn và 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 bê tông không đến 90 giây. Các máy này có dung tích nạp liệu từ 250-600 lít, thích hợp cho các trạm trộn riêng lẻ, phục vụ nhiều loại công trình khác nhau. Trong thực tế khu nhu cầu trộn bê tông lớn hơn 9m3/h hay 1500m3 /tháng thì phải thành lập trạm trộn bê tông trong nhà máy hay phân xưởng. 1.2.2. Phân loại trạm trộn: Trạm loại nhỏ, dung tích thùng trộn nhỏ hơn hay bằng 1000 lít Trạm loại trung bình, dung tích thùng trộn đến 4000 lít Trạm loại lớn, dung tích thùng trộn đến 4000 lít Phân loại nhà máy trộn bê tông. Nhà máy cỡ nhỏ, có sản lượng nhỏ hơn 40.000m3/năm Nhà máy cỡ trung bình, có sản lượng tử 40.000m3/năm đến 120.000m3/năm. Một trạm trộn thường có 3 bộ phận chính: Kho chứa vật liệu và nước thiết bị định lượng và máy trộn. Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển các phễu chứa trung gian. Công nghệ sản xuất bê tông và vữa nói chung tương tự nhau: Vật liệu sau khi định lượng đưa vào trộn đều. Trong trường hợp kết hợp sản xuất bê tông và vữa xây dựng được đưa vào trộn đều. Trong trường hợp kết hợp sản xuất bê tông và vữa sử dụng trong một dây truyền thì có thể giảm được 32% diện tích mặt bằng, từ 30%-35% công nhân, từ 8%-19% vốn đầu tư thiết bị. Một nhà máy bê tông vữa liên hiệp có hiệu quả cao khi lượng bê tông và vữa cung cấp không quá 300.000m3 /năm. Có hai dạng trạm trộn: Trạm cố định và tháo lắp di chuyển được. Trạm cố định: Trạm phù hợp cho công tác xây dựng một vùng lãnh thổ, đồng thời cung cấp bê tông phục vụ cho phạm vi bán kính làm việc hiệu quả. Thiết bị của trạm được bố trí theo dạng tháp, một công đoạn có nghĩa là vật liệu được đưa lên cao một lầm, trên đường rơi tự do các thao tác công nghệ được tiến hành. Thường vật liệu được đưa lên độ cao từ 18-20m so với mặt đất, chứa trong các phễu (xi măng chứa trong xilô). Trong quá trình dịch chuyển xuống chúng được đi qua định lượng sau đó đưa vào máy trộn. Điểm cuối cùng của cửa cả bêtông phải cao hơn miệng cửa nhận của thiết bị nhận bêtông. Trong dây chuyền có thể lắp bất cứ loại máy trộn bêtông nào, chỉ cần chúng đảm bảo mối tương quan về năng suất với các thiết bị khác. Để phục vụ cho công tác bêtông yêu cầu khối lượng lớn, tập trung, đường xá vận chuyển thuận lợi, cự ly vận chuyển dưới 30 km tình hình sử dụng trạm này là kinh tế nhất. Trong trường hợp vừa có các công trình tập trung yêu 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 bêtông thì phải dùng ôtô trộn còn cung cấp hỗn hợp khô thì việc trộn sẽ được tiến hành trên 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. Tháo lắp di chuyển được: Dạng này có thể tháo lắp dễ dàng, di động phục vụ một số vùng hay công trình lớn trong 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 ở gia đoạn này phần định lượng riêng và phần trộn riêng, giữa hai phần được nối nhau bằng thiết bị vận chuyển (gầu vận chuyển, băng tải, xe vận chuyển…). Vật liệu được đưa lên cao lần đầu nhờ máy xúc, gàu xúc băng truyền …vào các phễu riêng biệt, sau đó là quá trình định lượng. Tiếp theo vật liệu được đưa lên cao lần nữa để cho máy trộn. Cũng như dạng trên, trong dây chuyền có thể lắp đặt 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 bê tông phải cao hơi cửa nhận của thiết bị vận chuyển (nếu thấp 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 diện tích mặt bằng khá lớn: Phần diệc tích dành cho khu vực định lượng, phần diện tích dành cho trộn bê tong 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. 1.2.3. Cấu tạo chung: Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông: b. Bãi chứa cốt liệu: Là một khoảng đất trống đủ rộng, 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 phải rộng và thuận tiện cho việc chuyên chở cũng như lấy cốt liệu đưa lên máy trộn. c. Hệ thống máy trộn bê tông: Bao gồm hệ thống thùng chứa liên kết với hệ thống cân định lượng dùng để xác định chính xác tỷ lệ các loại nguyên vật liệu cấu tạo nên bê tông. Động cơ kéo xe skíp dùng để đưa cốt liệu vào thùng trộn, máy bơm nước, máy bơm phụ gia, xilô chứa xi măng, vít tải xi măng, thùng trộn bê tông với những mác xác định. 1.2.4. Ngyên lý hoạt động chung của một trạm trộn bê tông. Để sản xuất ra bê tông từ các loại nguyên vật liệu xây dựng bằng máy trộn bê tông cần làm các công việc sau: Các loại vật liệu cấu tạo nên bê tông như: Cát, đá to, đá nhỏ, xi măng, nướcvà phụ gia được chuyển đến trạm trộn bê tông, trong đó cát, đá to, đá nhỏ (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 để thả xuống thùng cân cốt liệu. Xi măng được đưa lên lô chứ xi măng trên cao. Phụ gia và nước được bơm đầy vào các tét chứa chuyên dụng chờ để cân định lượng. Lúc này trạm trộn bê tông đã ở trạng thái sẵn sàng làm việc tự động. Từ máy tính người vận hành nhập số liệu mác bê tông (chính là tỷ lệ khốia lượng giữa các loại nguyên vật liệu), và các dữ liệu quản lý hành chính như tên lái xe, biển số xe, ngày giờ xuất hàng… Sau đó tới tủ điều khiển người vận hành chọn chế độ hoạt động cho máy là tự động hay bằng tay. Nếu ở chế độ tự động người vận hành chỉ còn thao tác nhấn nút khởi động trên bàn điều khiển, sau đó máy tự động cân đo khối lượng các loại nguyên vật liệu theo đúng tỷ lệ đã đặt trước, băng truyền chuyển cốt liệu vào thùng trộn, xi măng được xả máy thực hiện quá trình trộn khô, hết thời gian trộn khô máy xả nước cùng phụ gia, quá trình trộn ướt bắt đầu, hết thời gian trộn ướt, máy xả bê tông xuống các xe chứa và báo cho người vận hành biết khi kết thúc công việc. Còn ở chế độ bằng tay người vận hành có thể điều khiển hoàn toàn các quá trình hoạt động của máy. Ví dụ như: Người vận hành nhấn nút cấp xi măng thì máy lập tức xả xi măng xuống thùng cân, khối lượng cua xi măng được người sử dụng theo dõi trên bộ phận hiển thị và khi đủ khối lượng cần thiết người vận hành nhấn nút để ngừng quá trình cấp xi măng. Tương tự như vậy người vận hành có thể thao tác trộn hoàn tất một mẻ bê tông. Chương 2. Thiết kế mạch lực và Mạch điều khiển 2.1. Tổng quan chung về trạm trộn bêtông 2.1.1 Yêu cầu về trạm trộn bê tông Trong thựcc tế ta dùng trạm trộn bê tông tươi cho những công trình vừa và lớn hay phục vụ nhanh cho một khu vực. Vì vậy yêu cầu cơ bản của một trạm trộn bê tông tươi là: Phải đáp ứng nhanh và đủ bê tông, cũng như phải có khả năng linh hoạt tạo ra nhiều mác bê tông đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Để giải quyết được vấn đề về thời gian cho một mẻ trộn sao cho ngắn nhất ta cần phải đan xen linh hoạt các công việc cần làm, sao cho trong cùng một lúc máy trộn bê tông có thể làm được nhiều việc nhất. Ví dụ: Trong thời gian cân cốt liệu máy cung cấp và cân luôn xi măng nước và phụ gia thường các công việc cấp và cân này được thực hiện trong lúc máy đang trộn khô hoặc ướt bê tông. Ngoài ra để bê tông trộn được đều hơn, nhằm giảm thời gian trộn khô và trộn ướt ta dùng phương pháp xả cốt liệu và xi măng cùng một lúc, để máy trộn khô sau đó xả gia phụ và nước cùng một lúc rồi trộn ướt, làm như vậy nguyên vật liệu phân bố đều hơn. Với các biện pháp này thời gian trộn một mẻ bê tông trên thực tế là từ 60-90 giây. 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. Trạm trộn bê tông được trình bày với hai xilô độc lập trong chứa hai loại xi măng với mác khác nhau , giúp ta có được hai loại bê tông chất lượng khác nhau. Trạm cũng cần được trình bày sao cho khoảng cách chuyển nguyên vật liệu vào thúng trộn ngắn nhất có thể. 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, bảo đảm trạm trộn có thể hoạt động được liên tục. 2.1.2 Đặt vấn đề về hệ điều khiển trạm trộn bê tông được trình bày trong đồ án. Sau khi nghiên cứu và khảo sát các trạm trộn bê tông trong thực tế, trong đồ án này em xin trình bày hệ điều khiển trạm trộn bê tông như sau: Đây là 1 trạm trộn sản xuất ra loại bê tông tươi (chất kết dính xi măng). Là trạm trộn cỡ trung bình (sản lượng khoảng 80.000m3/năm) và là trạm tháo lắp được. Thơi gian trộn một mẻ có thể thay đổi theo yêu cầu của người sử dụng Cấu trúc hệ điều khiển bao gồm: Hệ thống điều khiển và giám sát bằng máy tính và phần mềm (viết bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic) có khả năng đặt các thông số về khối lượng và thời gian xuống chương trình điều khiển trực tiếp từ PLC, và giám sát các quá trình hoạt động của trạm bằng cách báo đèn trên màn hình giao điện của máy tính. Bộ điều khiển khả trình PLC và một modul vào ra tương tự có khả năng điều khiển logic trực tiếp các quá trình hoạt động của trạm trộn bê tông. 2.1.3. Yêu cầu của hệ điều khiển của trạm trộn bê tông tươi. Từ đặc điểm của công nghệ trộn bê tông tươi ta giải quyết hệ điều khiển với nguyên lý hoạt động như sau: Từ trên máy tính mác của bê tông (tỷ lệ khối lượng các nguyên vật liệu) được truyền xuống PLC, cùng các thông số: số mẻ trộn, bảng số liệu về thời gian xả các loại nguyên vật liệu và bê tông, số liệu hiệu chỉnh sai số khối lượng khi cân. Dựa vào các số liệu được chuyển xuống từ chương trình điều khiển trên máy tính, chương trình PLC điều khiển trực tiếp hoạt động của trạm trộn ở các chế độ sau: 2.1.4. Chế độ hoạt động bằng tay ở chế độ này người vận hành hoàn toàn làm chủ quá trình hoạt động của máy. Để máy có thể hoàn tất một mẻ bê tông tươi người vận hành sẽ thao tác như sau trên bàn điều khiển. Nhấn nút chạy động cơ trộn Đưa tay gạt sang chế độ hoạt động bằng tay Chọn thùng xi măng cần thiết. Nhán nút cấp cát đồng thời cấp xi măng nước và phụ gia người vận hành theo dõi chỉ số cân trên thiết bị hiển thị khối lượng khi thấy đủ nhấn một lần nữa vào các nút cấp để dừng quá trình cấp. Riêng với cấp cốt liệu phải sau khi ta đã cấp cát ta mới lần lượt cấp đá nhỏ và đá to, sau khi đã cấp đủ các nguyên vật liệu ta sẽ đến quá trình đưa chúng vào thùng trộn bê tong với các thao tác sau: Nhấn nút chạy xe skíp trở cốt liệu, chờ ổn định (khoảng 2 giây) và 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 và xi măng coi như máy đang trộn bê tông khô. Sau khoảng thời gian trộn khô người vận hành nhấn nút xả nước và phụ gia bắt đầu quá trình trộn ướt. Sau thời gian trộn ướt mẻ bê tông đã được hoàn thành người vận hành chỉ việc nhấn nút xả bê tông. 2.1.5 Chế độ hoạt động tự động. Nhấn nút chạy động cơ trộn Đưa tay gạt sang chế độ hoạt động tự động Chọn thùng xi măng cần thiết. Nhấn nút khởi động: Kể từ lúc này máy hoạt động hoàn toàn tự động. Ban đầu cửa cát sẽ được mở ra, cát đổ xuống thùng se skíp cân đối cốt liệu khối lượng cát tăng dần cho tới khi đạt được khối lượng đạt cửa thùng cát sẽ tự động đóng lại kết thúc quá trình cân cát cho một mẻ. Do quá trình cân cốt liệu (cát, đá nhỏ, đá to) thực hiện theo nguyên tắc cộng dồn trên cùng một cân nên phải sau khi cấp cát xong 2 giây sau ta mới có thể cấp tiếp đá nhỏ sau đó là đá to (dừng 2 giây để ổn định cân và hệ thống). Trong khi mở cửa cấp cốt liệu động cơ tạo dung cũng được khởi động, hoạt động cho tới khi ngừng cấp. Để đảm bảo thời gian trộn 1 mẻ là nhỏ nhất thì trong lúc đang cân cốt liệu, xi măng cũng được vít tải xi măng đưa lên thùng cân xi măng cho tới khi khối lượng xi măng bằng khối lượng đặt thì ngừng chạy vít tải. Nước và phụ gia cũng được bơm cấp theo nguyên lý trên. Nếu thùng trộn đang không trộn và cửa xả của thùng trộn đã đóng thì cốt liệu và xi măng sẽ được tự động đưa vào thùng trộn theo cách sau: Se skíp trở cốt liệu chạy sau 1 giây thùng cân cốt liệu mở cửa xả, cốt liệu theo băng truyền đổ xuống thùng trộn. Đồng thời cửa xả thùng cân xi măng được mở xả xi măng xuống thùng trộn, quá trình trộn khô bắt đầu. Sau thời gian trộn khô (được nhập xuống từ máy tính), nước và phụ gia được xả vào thùng trộn quá trình trộn ướt bắt đầu hết thời gian trộn ướt cửa xả bê tông mở ra trong khoảng thời gian đặt trước cửa xả bê tông ra ngoài kết thúc 1 mẻ trộn. Máy trộn ngừng hoạt động khi đã trộn đủ số mẻ (được nhập vào từ máy tính), còi báo đủ mẻ sẽ kéo lên trong một khoảng thời gian quy định. Nếu ta tiếp tục trộn mà không cần thay đổi các tham số ta chỉ cần nhấn nút khởi động máy sẽ tự động làm lại quá trình đã nêu trên. 2.1.6. Xử lý sự cố: Để xử lý sự cố bất ngờ xảy ra trong quá trình hoạt động tự động của máy ta có hai cách: Nhấn vào nút dừng tổng lập tức hệ thống sẽ ngừng hoạt động. Gạt tay gạt từ chế độ tự động sang chế độ bằng tay lập tức hệ thống ngừng hoạt động tự động trao quyền cho người điều khiển. Với chế độ hoạt động bằng tay hệ thống ở trạng thái mở, ta có thể chỉ cấp cát, xi măng, nước để tạo thành vữa chát xây dựng. Hay chỉ cần trộn khô bê tông rồi xả nước và đổ vào thùng xe chứa để xe trộn ướt bê tông đường chuyên trở nhằm giảm thời gian trộn và đảm bảo chất lượng bê tông tới chân công trình. 2.1.7. Cấu trúc hệ điều khiển trạm trộn bê tông tươi Hệ thống điều khiển trạm trộn bao gồm các phần sau: 1. Hệ thống máy tính giám sát trung tâm (Dùng PC) 2. Hệ thống điều khiển trực tiếp với trạm trộn (Dùng PLC) 3. Tín hiệu ra của hệ thống 4. Phần hiển thị 5. Hệ thống cân 6. Tín hiệu của các công tắc hành trình, các công tắc chọn chế độ, tín hiệu cân… a Hệ thống máy tính giám sát trung tâm Hệ thống máy tính giám sát trung tâm với phần mềm điều khiển giám sát có chức năng. Nhập và truyền các lượng đặt về khối lượng xuống PLC Nhập và truyền các lượng đặt về thời gian xuống PLC Nhập và quản lý các thông tin về khách hàng, in hoá đơn thanh toán Giám sát các quá trình hoạt động của máy bằng tín hiệu đèn báo Giám sát hệ thống định lượng của máy,. Hệ thống điều khiển trực tiếp trạm trộn. Để điều khiển trạm trộn bê tông, máy tính có thể hoàn toàn đảm nhiệm chức năng này, tuy nhiên nhược điểm của máy tính là độ an toàn thấp. Ngày nay với sự ra đời và phát triển của thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) hoạt động tin cậy và thích hợp trong môi trường công nghiệp, khắc phục được các nhược điểm của máy tính, do đó việc trình bày hệ thống hoàn toàn cho phép ta lựa chọn giải pháp kết hợp khả năng của máy tính và PLC điều khiển chi phí thấp mà chất lượng hệ thống được nâng cao rõ rệt. Trong hệ thống, nhiệm vụ điều khiển hoạt động các cơ cấu chấp hành tập trung tại PLC. Vì thế cho phép hệ thống hoạt động độc lập khi máy tính gặp sự số. Máy tính PLC có thể trao đổi dữ liệu để hệ thống vận hành đúng yêu cầu của từng loại mác bê tông. Trạm trộn bê tông trình bày trong đồ án dùng thiết bị khả trình PLC của hãng Siemen họ S7-200 với CPU 226AC/DC/Relay, có các tính năng kỹ thuật sau: Số đầu vào/ra số: 24DI/16DO Khả năng mở rộng tối đa khi sử dụng modul mở rộng: 128DI/120DO. Bộ nhớ chương trình: 8Kbyte Bộ nhớ dữ liệu: 4Kbyte Số cổng truyền thông: 2/RS485 Nguồn cấp 220 AVC Đầu vào một chiều 24DC Đầu ra Relay. c. Hệ thống hiển thị Chủ yếu dùng để hiển thị chế độ làm việc, tên mác bêtông đang trộn, trọng lượng vật liệu đang cân. Có thể dùng led 7 thanh, màn hình moniter, màn hình máy tính, thiết bị chuyên dụng của các hãng như BUCODATcủa hãng GEORG- BUTTNER, TD200 của hãng SIEMENS … d. Hệ thống cân Có thể dùng một trong những cách sau để cân cốt liệu: Cân thủ công: người công nhân cân trực tiếp bằng cân thường, rồi đổ vật liệu vào cối trộn. Cách này không khả quan vì tốn nhiều công, sức Cân bằng cách đong cốt liệu bằng gầu, xô, thùng… Các này chỉ áp dụng cho sản xuất nhỏ Cân bằng phương pháp cân tự động: Sử dụng các Load cell cảm biến áp lực, khi có trọng lượng đè lên Load cell, làm thay đổi giá trị điện trở nội của Load cell, giá trị này gửi về bộ điều khiển trung tâm đẻ giải quyết. Cách này được ứng dụng nhiều trong công nghệ trạm trộn 2.2. Tính toán mạch lực cho trạm trộn bê tông. Trạm trộn bê tông là hệ thống máy điện có công suất khá lớn khoảng 100 KVA, có thiết bị dùng điện 1 pha, có thiết bị dùng điện 3 pha ta cần phải thiết kế riêng cho hệ thống. 2.2.1. Tính toán hệ thống cung cấp điện cho hệ thống trạm trộn Điện á._.