GIỚI THIỆU CHUNG
Các vấn đề đặt ra
- Bê tông là gì ? Các thành phần cốt lõi Tính chất đặc thù
- Tìm hiểu tổng quan trạm trộn bê tông
- Tìm hiểu, nghiên cứu về SCADA và lập trình PLC
+ SCADA là gì? Ứng dụng để làm gì?
+ Cách thức hoạt động của SCADA như thế nào?
+ Cấu trúc hệ thống SCADA
+ Tìm hiểu chung về PLC và các ứng dụng của
+ Lựa chọn tính toán công suất động cơ
Các động cơ trong hệ thống trạm trộn bê tông xi măng có công suất lớn, dẫn đến dòng điện khởi động cao Việc không áp dụng phương pháp khởi động phù hợp có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống điện.
+ Tính toán thiết kế mạch điều khiển
- Thiết kế phần mềm điều khiển và giám sát
+ Xây dựng thuật toán điều khiển
+ Lập trình điều khiển PLC S7 1200
Tổng quan đề tài
Bê tông, một loại đá nhân tạo, được hình thành từ việc trộn cát, sỏi, nước, xi măng và các phụ gia theo tỷ lệ nhất định Các chất kết dính như xi măng và nước đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết các nguyên liệu, tạo thành khối bê tông cứng chắc, chịu lực tốt và có độ bền cao Tuy nhiên, việc trộn bê tông truyền thống bằng phương pháp thủ công tốn nhiều thời gian và công sức, dễ dẫn đến tỷ lệ không chuẩn, gây ra tình trạng bê tông rời rạc, dễ nứt gãy hoặc quá nhão, khó khô và không chịu lực tốt.
Máy trộn bê tông ra đời nhằm khắc phục những hạn chế của phương pháp trộn thủ công, được phát minh vào đầu thế kỷ XX trong bối cảnh cách mạng khoa học kỹ thuật Ban đầu, máy trộn bê tông có thiết kế đơn giản với thùng trộn và giá đỡ, vận hành bằng động cơ hơi nước Đến năm 1950, máy đã được cải tiến về hiệu suất, mặc dù chưa đạt hiệu quả cao nhưng vẫn vượt trội so với trộn thủ công, giúp nâng cao chất lượng bê tông và giảm bớt sức lao động Qua nhiều cải cách và nghiên cứu, máy trộn bê tông hơi nước dần được thay thế bởi các loại máy hiện đại hơn, sử dụng động cơ điện.
9 điện Việc sử dụng nguồn điện trong vận hành máy trộn bê tông là một bước ngoặt lớn trong lĩnh vực trộn bê tông này
Trạm trộn bê tông là một cải tiến vượt bậc so với máy trộn bê tông truyền thống, ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng bê tông ngày càng tăng trong các công trình xây dựng Với dung tích trộn tối thiểu lên đến 130 m3/h, trạm trộn bê tông không chỉ sản xuất lượng bê tông lớn trong thời gian ngắn mà còn cải thiện đáng kể chất lượng bê tông Các nguyên vật liệu được trộn đều theo tỷ lệ chuẩn xác, đảm bảo độ kết dính, độ cứng và độ bền theo yêu cầu của người sử dụng Sự phát triển của trạm trộn bê tông đã giúp đáp ứng kịp thời nhu cầu cao về bê tông trong các công trình xây dựng.
1.2.2 Khái niệm về mác bê tông
Mác bê tông phản ánh khả năng chịu nén của mẫu bê tông Theo tiêu chuẩn xây dựng cũ của Việt Nam, cụ thể là TCVN 3105:1993 và TCVN 4453:1995, mẫu dùng để đo cường độ bê tông là một khối lập phương có kích thước quy định.
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
Mẫu bê tông sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy, từ đó xác định cường độ chịu nén của bê tông Kết quả được tính bằng đơn vị MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kG/cm²).
Bê tông trong kết cấu xây dựng phải chịu nhiều tác động như nén, uốn, kéo và trượt, trong đó khả năng chịu nén là ưu thế lớn nhất Vì vậy, cường độ chịu nén được xem là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng bê tông, thường được 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 ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông
Bê tông đạt tiêu chuẩn có kích thước 10 và được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, nén ở tuổi 28 ngày với cường độ đạt 200 kG/cm² Trong khi đó, cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ là 90 kG/cm², được sử dụng để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất.
- Bê tông thường: cường độ từ 150 – 1400 daN/cm 2
- Bê tông chất lượng cao: cường độ từ 500 – 1400 daN/cm 2
Trong xây dựng cầu đường thường sử dụng bê tông có cường độ khoảng 250–400 daN/cm 2 hoặc 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)
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, và bê tông cốt liệu đặc biệt (bao gồm các loại chất phóng xạ, chịu nhiệt, và chịu axit) là những loại bê tông quan trọng trong xây dựng Ngoài ra, bê tông keramdit và bê tông cốt thép cũng đóng vai trò thiết yếu, cung cấp độ bền và tính năng vượt trội cho các công trình.
Theo khối lượng thể tích
Bảng 1.1: Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích
Loại bê tông γb(g/cm 3 ) Ghi chú
Bê tông đặc biệt nặng
> 2.5 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
Bê tông tổ ong, bao gồm bê tông khí và bê tông bọt, được chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạp rồng Loại bê tông này có đặc điểm là chứa hốc lớn và không có cốt liệu nhỏ, mang lại nhiều ứng dụng trong xây dựng.
Bê tông đặc biệt nhẹ
< 0.5 Cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng
Theo phạm vi sử dụng
Bê tông là vật liệu chính trong các kết cấu cầu bê tông cốt thép như móng, cột, dầm và sàn Nó cũng được sử dụng trong bê tông thủy công để xây dựng đập, âu thuyền và lớp mái kênh cho các công trình dẫn nước Ngoài ra, bê tông còn được áp dụng trong xây dựng đường, sân bay và các kết cấu bao che, thường là bê tông nhẹ Các loại bê tông đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit và chống phóng xạ cũng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng kỹ thuật.
1.2.4 Các thành phần cốt liệu
Việc chọn lựa xi măng là rất quan trọng trong sản xuất bê tông, với nhiều loại xi măng khác nhau Xi măng có mác cao mang lại khả năng kết dính tốt và nâng cao chất lượng thiết kế bê tông, nhưng giá thành cũng rất cao Do đó, thiết kế bê tông cần đảm bảo chất lượng kỹ thuật đồng thời giải quyết bài toán kinh tế hiệu quả.
Cát sử dụng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hoặc cát nhân tạo, với kích thước hạt từ 0,4 đến 0,5 mm Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, tạp chất và kích thước hạt Trong bê tông, cát chiếm khoảng 29% tổng thành phần.
Đá dăm là một loại vật liệu xây dựng có nhiều kích thước khác nhau, và việc chọn kích thước đá phù hợp phụ thuộc vào kích cỡ của bê tông Trong thành phần bê tông, đá dăm chiếm khoảng 52%, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và độ bền của sản phẩm.
Nước dùng trong sản xuất bê tông cần phải đạt tiêu chuẩn chất lượng để đảm bảo không làm ảnh hưởng đến quá trình đông kết của bê tông và ngăn ngừa tình trạng ăn mòn kim loại.
Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có 2 loại phụ gia:
Phụ gia hoạt động bề mặt, dù chỉ sử dụng với một lượng nhỏ, nhưng có khả năng cải thiện đáng kể các tính chất của hỗn hợp bê tông, đồng thời tăng cường nhiều đặc tính khác của bê tông.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
Hiệu suất làm việc cao giúp nhà thầu tiết kiệm chi phí lao động và rút ngắn thời gian thi công Bê tông được sản xuất đảm bảo chất lượng tốt, đáp ứng yêu cầu cho các công trình cần độ chính xác và hoàn thiện cao.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài
- Nghiên cứu, xây dựng hệ thống giám sát SCADA
Hệ thống giám sát SCADA là công cụ quan trọng trong việc quản lý và giám sát quy trình sản xuất Bài viết này sẽ phân tích ưu điểm như khả năng theo dõi thời gian thực và tự động hóa quy trình, cùng với nhược điểm như chi phí đầu tư cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp Dựa trên những đánh giá này, chúng tôi đề xuất xây dựng hệ thống giám sát SCADA ứng dụng mô phỏng sản xuất, nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và vận hành tại nhà máy thông minh của Đại học Công nghiệp Hà Nội.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu chính là những vấn đề:
-Nghiên cứu về trạm trộn bê tông, PLC S7-1200, SCADA
-Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông
Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển cho trạm trộn bê tông là một đồ án quan trọng, sử dụng hệ thống SCADA kết hợp với lập trình PLC S7-1200 Mô hình này nhằm tối ưu hóa quá trình điều khiển và vận hành trạm trộn bê tông, đảm bảo hiệu suất cao và độ chính xác trong sản xuất Việc ứng dụng công nghệ hiện đại này giúp nâng cao khả năng giám sát và quản lý, đồng thời cải thiện chất lượng sản phẩm bê tông.
Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo, tổng hợp kiến thức từ nhiều nguồn khác nhau như sách, internet và các tài liệu tham khảo
Chọn lọc những giải pháp khả thi, hữu ích với đề tài Đưa ra ý tưởng xây dựng hệ thống
Xây dựng lưu đồ thuật toán
Xử lý số liệu, tính toán và viết báo cáo
Thiết lập, cài đặt, lập trình SCADA với bộ điều khiển PLC
XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT SCADA
Giới thiệu hệ thống SCADA
SCADA, viết tắt của "Supervisory Control and Data Acquisition", là hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu Hệ thống này cho phép người dùng theo dõi và điều khiển các quy trình công nghiệp từ xa, cung cấp thông tin thời gian thực và hỗ trợ ra quyết định SCADA hoạt động thông qua việc thu thập dữ liệu từ các thiết bị và cảm biến, sau đó phân tích và hiển thị thông tin để người vận hành có thể quản lý hiệu quả hơn Tên gọi "Supervisory Control and Data Acquisition" phản ánh chức năng chính của nó trong việc giám sát và thu thập dữ liệu từ các hệ thống công nghiệp.
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là phần mềm hệ thống quan trọng dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu từ hệ thống phần cứng, thường được áp dụng trong các nhà máy để quản lý dây chuyền sản xuất và máy móc Để hiểu rõ hơn về SCADA và ứng dụng của nó, ta có thể tham khảo mô hình kim tự tháp tự động hóa Nhiệm vụ chính của SCADA là điều khiển và giám sát các thiết bị hoạt động như PLC, cảm biến, và nhiều thiết bị khác.
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống SCADA
Hệ thống SCADA có cấu trúc vật lý tương tự như một màn hình, thường bao gồm nhiều màn hình cho phép người vận hành vừa điều khiển vừa giám sát tất cả các thành phần trong hệ thống, máy móc, hoặc toàn bộ nhà máy Một ví dụ dễ hiểu là sơ đồ P&ID (sơ đồ đường ống và thiết bị đo đạc) Điều quan trọng là người vận hành cần nắm rõ các phần khác nhau của hệ thống SCADA và xác định nhiệm vụ của mình, liệu là điều khiển hay giám sát.
Tất cả các màn hình hiện nay đều là giao diện HMI (giao diện người máy), đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối người vận hành với máy móc Trước đây, HMI chỉ đơn giản là các nút nhấn và đèn tín hiệu, nhưng ngày nay, với sự phát triển của công nghệ, các hệ thống hiện đại thường sử dụng màn hình cảm ứng, cả trên máy và trong phòng điều khiển.
2.1.3 Cấu trúc hệ thống SCADA
HMI là một thành phần quan trọng trong hệ thống SCADA, đóng vai trò là giao diện người dùng Trong khi HMI chỉ là màn hình hiển thị, SCADA là ứng dụng tổng thể điều khiển và giám sát hoạt động của nhà máy Một hệ thống SCADA có thể tích hợp nhiều HMI để quản lý các bộ phận khác nhau trong quy trình sản xuất.
Cấu trúc của SCADA không chỉ đơn thuần là HMI, mà còn bao gồm toàn bộ cơ sở hạ tầng cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau Ứng dụng SCADA thường được triển khai trên máy chủ, trong khi các thiết bị khách như máy tính để bàn và màn hình HMI kết nối với máy chủ để truy cập giao diện và cơ sở dữ liệu Nhờ vào việc kết nối các thiết bị như PLC và RTU với máy chủ, SCADA trở thành công cụ hiệu quả để điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống.
RTU, hay thiết bị đầu cuối từ xa, tương tự như PLC, cho phép kết nối các cảm biến để chuyển đổi tín hiệu và dữ liệu thành dạng kỹ thuật số Dữ liệu kỹ thuật số này sau đó được tích hợp vào hệ thống SCADA, giúp quản lý và giám sát hiệu quả hơn.
Hệ thống SCADA đã trải qua một số giai đoạn lịch sử phát triển
2.1.4 Lịch sử phát triển cấu trúc hệ thống SCADA
Lịch sử của hệ thống SCADA cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự phát triển của công nghệ này, từ cấu trúc nguyên khối đơn giản đến nền tảng đám mây hiện đại Mặc dù thế hệ thứ tư của SCADA đã xuất hiện, nhiều hệ thống hiện tại vẫn đang sử dụng công nghệ của thế hệ thứ ba hoặc thậm chí thứ hai Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc cập nhật và nâng cấp hệ thống để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong quản lý và điều khiển.
28 những người làm việc với hệ thống SCADA, điều cần thiết là phải làm quen với các hệ thống cũ hơn
Các hệ thống SCADA đầu tiên chỉ bao gồm một trạm giám sát, được phát triển trước khi có sự xuất hiện của máy tính cá nhân và mạng Thay vào đó, các trạm máy tính lớn đã được sử dụng với chức năng chủ yếu là giám sát cảm biến Ngày nay, những hệ thống này hầu như chỉ còn tồn tại trong các viện bảo tàng.
Sự phát minh ra mạng cục bộ (LAN) đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống phân tán, cho phép kết nối nhiều trạm điều khiển và giám sát Hệ thống SCADA được hình thành từ mạng lưới kết nối này, thực hiện các nhiệm vụ giao tiếp và liên lạc hiệu quả Mặc dù hệ thống SCADA thế hệ thứ hai vẫn tồn tại đến ngày nay, nhưng chúng khá hiếm gặp.
Sự phát triển của công nghệ và giao thức mạng đã dẫn đến sự xuất hiện của mạng diện rộng (WAN), mở ra những khả năng kết nối và giao tiếp mới cho các hệ thống SCADA Ngày nay, các hệ thống SCADA không chỉ hoạt động trong một nhà máy mà còn có thể kết nối và giám sát nhiều nhà máy ở khoảng cách địa lý khác nhau Với kiến trúc mạng WAN, người dùng có thể truy cập giám sát từ bất kỳ đâu, ngay cả từ xa Mặc dù xu hướng IoT ngày càng gia tăng, nhưng các hệ thống SCADA hiện tại vẫn chủ yếu dựa vào kiến trúc mạng truyền thống.
Thế hệ thứ 4 của hệ thống SCADA đang được phát triển trong bối cảnh cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0, nơi Internet of Things (IoT) và truyền thông dữ liệu phi tập trung đóng vai trò quan trọng Những công nghệ tiên tiến này mang lại sự tự do kết nối và tính linh hoạt cao hơn cho cấu trúc hệ thống SCADA.
Cấu trúc SCADA truyền thống tập trung vào việc điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu, với mục tiêu xây dựng một hệ thống hoặc ứng dụng thống nhất Tuy nhiên, với sự phát triển của IoT, khái niệm này đang chuyển mình theo hướng phi tập trung, cho phép mọi thành phần trong hệ thống có khả năng giao tiếp và tương tác lẫn nhau.
Cấu trúc mới trong tự động hóa hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích, nhưng vấn đề bảo mật vẫn là một thách thức lớn Dữ liệu từ hệ thống SCADA có giá trị cao và nhạy cảm, đặc biệt trong hoạt động kinh doanh, do đó việc chuyển giao chúng lên đám mây cần được bảo vệ bằng các biện pháp bảo mật mạnh mẽ.
SCADA có nhiều ứng dụng đa dạng, từ các đơn vị nhỏ đến các nhà máy lớn và doanh nghiệp quy mô lớn Hệ thống giám sát này cho phép thu thập dữ liệu hữu ích, giúp giảm chi phí sản xuất, cải thiện hiệu quả quy trình sản xuất và giảm chi phí bảo trì SCADA cung cấp dữ liệu quan trọng để phân tích, góp phần tối ưu hóa hoạt động tự động hóa.
Phân tích yêu cầu công nghệ khi áp dụng SCADA giám sát, sản xuất, vận hành nhà máy thông minh
xuất, vận hành nhà máy thông minh
2.2.1 Kết cấu hệ thống cơ khí
Trạm trộn là thiết bị xây dựng quan trọng, chuyên dùng để sản xuất bê tông tươi hay bê tông thương phẩm Thiết bị này có khả năng trộn đều các thành phần cốt liệu như xi măng, cát, sỏi, nước và phụ gia, tạo ra vữa bê tông xi măng tươi Một trong những lợi ích nổi bật của trạm trộn là khả năng sản xuất một lượng lớn vữa bê tông trong một lần trộn, vượt trội hơn so với các máy trộn thông thường.
Trạm trộn bê tông có nhược điểm là cấu tạo phức tạp và cồng kềnh, đòi hỏi diện tích đất trống lớn để lắp đặt Thường chỉ được sử dụng cho các công trình lớn như xây dựng chung cư cao tầng hoặc cầu qua sông Nếu không thể lắp đặt trạm trộn tại công trình, các nhà thầu sẽ phải mua bê tông thương phẩm từ các trạm trộn thương mại.
Cấu tạo của trạm trộn bê tông xi măng
Trạm trộn bê tông, mặc dù có kích thước lớn và chiếm nhiều diện tích lắp đặt, nhưng cấu tạo của nó gồm nhiều bộ phận phức tạp Tuy nhiên, về cơ bản, trạm trộn bê tông bao gồm những thành phần chính sau đây.
Bộ phận cung cấp vật liệu là nơi lưu trữ các vật liệu thô như đá, cát, sỏi, xi măng và phụ gia, được tập trung bên ngoài trước khi đưa vào cối trộn Các vật liệu được chứa riêng trong các phễu cấp liệu, và khi máy móc hoạt động, lượng vật liệu sẽ được tính toán chính xác theo lệnh từ trạm điều khiển trung tâm Sau khi cân xong, các vật liệu sẽ được chuyển đến cối trộn thông qua băng tải hoặc tời kéo.
Sử dụng để đo lường khối lượng vật liệu theo thể tích của cối trộn hoặc theo tỷ lệ chuẩn, nhằm đảm bảo chất lượng và tiêu chuẩn cho các mẻ bê tông.
Máy trộn bê tông, được xem là "trái tim" của hệ thống trạm trộn, có nhiệm vụ chính là trộn các nguyên vật liệu theo công thức đã được chỉ định, nhằm tạo ra các mẻ bê tông thương phẩm đạt chất lượng yêu cầu.
Với mỗi cấp độ công suất của trạm trộn mà người ta sử dụng các loại máy trộn bê tông khác nhau
Hệ thống điều khiển được chia thành ba loại chính: điều khiển điện, điều khiển khí nén và điều khiển thủy lực Những hệ thống này hỗ trợ trạm trộn trong việc điều chỉnh mở và đóng các cửa phối xả theo yêu cầu.
- Hệ thống kết cấu thép
Hệ thống kết cấu chịu lực đóng vai trò quan trọng trong việc nâng đỡ toàn bộ trạm trộn, bao gồm hành lang giao thông, máy trộn, phễu cấp liệu và silo xi măng.
2.2.2 Kết cấu hệ thống điện công suất Động cơ điện xoay chiều Động cơ điện xoay chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện xoay chiều Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha, và nếu theo tốc độ có động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ Ưu, nhược điểm của động cơ điện xoay chiều
- Ưu điểm của động cơ xoay chiều
+ Cấu tạo đơn giản, dễ dàng sử dụng
+ Sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện, không cần chỉnh lưu
+ Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng
+ Kết cấu bền vững, khả năng chịu quá tải tốt nhờ cơ chế bảo vệ
+ Giá thành thấp hơn so với truyền động dùng động cơ một chiều
- Nhược điểm của động cơ xoay chiều
+ Mô men khởi động nhỏ, không sử dụng được trong các ứng dụng cần momen khởi động lớn
+ Tiêu tốn nhiều điện năng hơn so với động cơ một chiều
Cấu tạo, nguyên lí làm việc của động cơ điện xoay chiều
Hình 2.3: Cấu tạo của động cơ điện xoay chiều
Động cơ điện xoay chiều được cấu tạo từ hai phần chính: stator và rotor Stator bao gồm các cuộn dây ba pha điện được quấn trên các lõi sắt, sắp xếp trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay Rotor, có hình trụ, hoạt động như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
Khi động cơ được kết nối với mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stator tạo ra khiến rotor quay quanh trục Chuyển động quay của rotor được truyền qua trục máy và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
2.2.3 Kết cấu hệ thống đo
Cảm biến cân nặng loadcell là thiết bị chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện Giá trị tác dụng của loadcell tỉ lệ với sự thay đổi điện trở trong cầu điện trở, dẫn đến tín hiệu điện áp tương ứng Loadcell điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý áp lực – trở kháng, trong đó sự tác động của tải trọng làm thay đổi trở kháng, từ đó tạo ra sự thay đổi điện áp đầu ra khi có điện áp đầu vào.
Cảm biến loadcell được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, bao gồm đo khối lượng vật, phân phối trọng lượng sản phẩm trong các dây chuyền tự động hóa, và đo trọng lượng xe tải.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Loadcell được cấu tạo từ hai thành phần chính: Strain gage và Load Thường thì, các strain gage được gắn chặt vào bề mặt của thân loadcell, giúp đo lường lực tác động Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi, có thiết kế đa dạng về hình dạng và được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau như nhôm hợp kim và thép không gỉ, tùy thuộc vào từng loại loadcell và mục đích sử dụng.
• Strain gage là một điện trở đặc biệt, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn ổn định
• Load là một thanh kim loại có tính đàn hồi
R = Điện trở strain gauge (Ohm)
L = Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)
A = Tiết diện của sợi kim loại strain gauge
(m2) r= Điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain gauge
Khi dây kim loại bị lực tác động sẽ thay đổi điện trở
Khi dây chịu lực nén, chiều dài của cảm biến biến dạng (strain gauge) sẽ giảm và điện trở cũng giảm theo Ngược lại, khi dây bị kéo dãn, chiều dài cảm biến sẽ tăng và điện trở tăng lên Sự thay đổi điện trở tỷ lệ thuận với lực tác động lên dây.
Thông số kĩ thuật cơ bản:
– Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo Độ chính xác phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp
– Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được
Lựa chọn cấu hình hệ thống
2.3.1 Tính toán, thiết kế và lựa chọn silo
Silô chứa xi măng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp xi măng cho quá trình định lượng, đồng thời hoạt động như một kho trung gian để chuyển xi măng từ kho đến vị trí trộn.
Silô không chỉ là kho dự trữ mà còn có chức năng đảo xi măng khi cần thiết Để đảm bảo cung cấp đủ xi măng cho hệ thống làm việc liên tục trong 2 giờ, chúng ta có thể xác định thể tích cơ bản của mỗi silô dựa trên yêu cầu này.
Mỗi giờ trạm trộn có khảnăng trộn 60m/3bê tông, nhu cầu xi măng cho 1m/3 cao nhất là 508 kg Như vậy phải trong 1 giờ lượng xi măng cần thiết là:
Để đáp ứng khối lượng xi măng 30,48 tấn và yêu cầu cung cấp đủ lượng xi măng cần thiết, chúng tôi quyết định sử dụng 2 silô 80 tấn Sự lựa chọn này không chỉ giúp giảm số lần bơm xi măng mà còn đảm bảo việc vận chuyển và lắp dựng diễn ra dễ dàng và hiệu quả.
Tính toán kích thước silo
Để xác định kích thước miệng phểu của silô xi măng, cần dựa vào thể tích xi măng đủ cung cấp cho máy trộn trong 2 giờ làm việc liên tục Kết cấu silô phải được thiết kế sao cho xi măng rơi theo phương thẳng đứng khi nạp vào vít tải Kích thước miệng phểu silô được tính theo công thức: a0 = k(bv + 80) tan ϕ (mm).
Đường kính của lỗ thoát vật liệu được ký hiệu là a0 (mm), với hệ số kinh nghiệm k = 2,6 Cạnh lớn nhất của hạt vật liệu được ký hiệu là bv, trong trường hợp của xi măng, bv được lấy bằng 0 Góc nội ma sát của xi măng được ký hiệu là ϕ, có giá trị là 43 độ trong trạng thái tĩnh.
⇒ a0= 194 mm Để cửa thoát silô xi măng đảm bảo cho xi măng thoát một cách dể dàng, dể liên kết với vít tải ta chọn:
41 a0= 273 mm.( khảo sát thực tế)
Vậy căn cứ vào a0, thểtích của silô cần chứa là:
Góc giữa mặt phẳng ngang và đường sinh của phễu xi măng cần được thiết kế để đảm bảo xi măng có thể chảy tự nhiên trong mọi tình huống Kích thước của mỗi silo được thể hiện trong hình dưới đây.
Với kích thước của mỗi silô như vậy ta xác định được thể tích của mỗi silô là:
Với thể tích như vậy thì 2 silô đảm bảo cung cấp đủ xi măng cho hệ thống làm việc trong nhiều giờ
Tính toán tải trọng tác dụng lên silô
Tải trọng tác dụng lên silô được biểu thị như trên hình vẽ
Hình 2.5: Tải trọng tác dụng lên silô
P N d/e : Áp lực pháp tuyến tiêu chuẩn của vật liệu rời tong silô
P d d/e : Áp lực tiếp tuyến tiêu chuẩn tác dụng lên thành silô do ma sát
𝑃 𝛾 𝑑/𝑒 : Áp lực pháp tuyến tiêu chuẩn tác dụng lên thành phễu mặt nghiêng
P ms d/e : Áp lực tiếp tuyến theo đường sinh của hình phễu
Kiểm tra độ bền cột đỡ silô
Hệ thống đỡ silô bao gồm 4 cột, được thiết kế để chịu tải trọng gió Nội lực lớn nhất tại chân cột xảy ra khi silô được chứa đầy tải.
43 hướng gió thay đổi song song với hình chéo của hình vuông tạo bởi 4 điểm chân cột đỡ silô
Sơ đồ chịu tải của silô bao gồm khối lượng xi măng bên trong, trọng lượng của silô và tải trọng gió tác động lên silô.
Trong trường hợp này, toàn bộ tải trọng gió tác động lên silô được xem xét theo phương ngang Giá trị của tải trọng gió được quy đổi thành lực tập trung và được xác định thông qua một công thức cụ thể.
Wg1: Tải trọng gió tập trung tác dụng lên phần vỏ của silô
Tải trọng gió tập trung lên kết cấu thép đỡ silô là một yếu tố quan trọng Áp lực gió lớn nhất thường xuất hiện tại các vùng đồng bằng ở Việt Nam, với điều kiện làm việc ở độ cao dưới 10m, áp lực này đạt khoảng 5 kg/m2 Hệ số n, được sử dụng để tính toán sự tăng áp lực gió theo chiều cao, được xác định là 1 cho silô có chiều cao nhỏ hơn 10m.
C: Hệ số cản khí động học với kết cấu ống và kết cấu hộp ta lấy
A = A0 Φ A0: diện tích bề mặt được giới hạn bởi đường biên ngoài của kết cấu
Jj: hệ số kể đến phần lỗ hỏng
Với kết cấu vỏ silô ta lấy j = 1 Với kết cấu thép đỡ silô ta lấy j = 0,6
Vậy tải trọng gió tác dụng lên phần vỏ silô
Tải trọng gió tác dụng lên phần kết cấu thép đỡ silô
Momen uốn chân cột do tải trọng gió gây ra:
Hình 2.6: Momen uốn chân cột do tải trọng gió gây ra Với: H1 khoảng cách từ điểm tác dụng của tải trọng gió lên phần vỏ silô đến mặt đất, H1 = 8,7m
H2: khoảng cách từ điểm tác dụng của tải trọng gió lên phần kết cấu thép đỡ silô đến mặt đất, H2 = 1,95 m
Vậy mỗi cột momen uốn M1 = 8647 (kg.m)
Cột chịu nén và chịu uốn được thiết kế để đáp ứng tải trọng, với tiết diện cột dỡ silô được chọn là thép ống có đường kính 219 mm và chiều dày 10 mm Đặc trưng hình học của tiết diện này sẽ được xem xét để đảm bảo tính toán chính xác cho cấu trúc.
Momen chống uốn của cột:
Kiểm tra độ bền cột theo công thức:
Với: N: lực nén của silô đối với cột: N =Ptd/4= 16575 Kg/cm2
Jx, Jy là momen quán tính của tiết diện theo phương X và phương Y
Wx , Wy là momen chống uốn của tiết diện mặt cắt ngang
Mx , My là momen uốn do tải trọng gió đối với các trục X, Y
R tra bảng vật liệu thép Γ - 2 6 C
Vậy tiết diện cột đã chọn đủ độ bền
Kiểm tra độ ổn định cột
Lực do momen uốn gây ra: N 1 = 2×𝑀
𝐾×𝑟 0 (Kg) Trong đó: K = 4 là số cột r0 là bán kính của vòng tròn đi qua các trọng tâm của cột, r0 = 1,2 m
4 × 1,2 = 14412Kg Hơn nưa, cột đỡ silô còn chịu thành phần lực dọc do silô mang tải gây nên giá trị đó được xác định như sau: N 2 = 𝐺 𝑛
4 = 16575Kg Vậy giá trị lực dọc trục xuất hiện trên toàn bộ cột sẽ là:
N = N1 + N2 = 30987 (Kg) Độ lệch tâm của mặt phẳng uốn là: e = 𝑀
30987 = 28cm Độ lệch tâm tương đối:m = 𝜂 ⋅ 𝑒 𝐹
W x = 9,6 Trong đó: η=1,1 hệ số ảnh hưởng hình dáng tiết diện
F: diện tích của cột đã tính F = 59,7
Wx = 328(cm3) momen chống uốn.⇒ m = 8,65
Vì mặt cắt ngang của cột là tiết diện tròn cho nên điều kiện ổn định tổng thể là: 𝑁
Trong đó: ϕtt : hệ số phụ thuộc vào độ mảnh quy ước λX : là độ lệch tâm tương đối m của cột
𝐸 với: 𝜆 𝑥 là độ mảnh của thanh chịu nén đúng tâm phụ thuộc vào đặc trưng hình học của mặt cắt và dạng liên kết
𝑖 𝑚𝑖𝑛 (7) imin : là bán kính cực tiểu của mặt cắt ngang i 𝑚𝑖𝑛 2 =𝑗 𝑚𝑖𝑛
𝐹 (8) jmin: là momen quán tính nhỏ nhất của mặt cắt ngang đối với hai trụ x và y j 𝑚𝑖𝑛 = j x + j y =𝑗 𝑝
M: là hệ số phụ thuộc vào liên kết hai đầu thanh, trong trường hợp này M=2
Ta có độ mảnh quy đổi: 𝜆 − 𝑥 = 111,5√ 2100
Thay vào công thức trên ta được:
0,108.65,65 = 4372(Kg/cm 2 ) < 𝑅 𝛾 Vậy: 𝑅 𝛾 = 4372 × 1 = 4372(Kg/cm 2 )Vì thế cột đảm bảo ổn định
Khi lựa chọn phương án và thiết kế thùng (cối) trộn bê tông, nhóm chúng tôi xin đưa ra một số quan điểm khách quan để hỗ trợ quyết định Việc thiết kế thùng trộn cần đảm bảo hiệu quả trong quá trình trộn, đồng thời tối ưu hóa chi phí và thời gian Các yếu tố như kích thước, hình dạng và vật liệu chế tạo cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đạt được sự bền vững và hiệu suất cao trong công việc.
Hiện nay, với sự gia tăng mức sống của con người, nhu cầu về vật chất cũng tăng theo, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của các khu đô thị và khu công nghiệp.
Sự gia tăng nhanh chóng của 48 ngành nghề đã tạo ra nhu cầu cao về chất lượng, trong đó yếu tố quyết định chính là chất lượng bê tông.
Khi xem xét chất lượng trộn để đạt bê tông thành phẩm chất lượng cao, phương án trộn cưỡng bức kiểu rô to cho chất lượng thấp nhất Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn, nhưng việc đầu tư vào trạm trộn bê tông mang lại hiệu quả lâu dài Do đó, việc chi thêm một khoản tiền không quá lớn để đảm bảo chất lượng là hoàn toàn xứng đáng.
