TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
Giới thiệu chung về trạm trộn bê tông
Bê tông là hỗn hợp bao gồm cát, đá, xi măng và nước, trong đó cát và đá chiếm 80% - 85% tổng khối lượng, xi măng chiếm 8% - 15%, và phần còn lại là nước Để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, bê tông còn có thể được bổ sung thêm phụ gia.
Hỗn hợp bê tông là sản phẩm của việc nhào trộn các vật liệu mới, và nó cần đạt được độ dẻo nhất định để dễ dàng tạo hình và dầm chặt.
Cốt liệu là bộ khung chịu lực trong bê tông, trong khi vữa xi măng và nước đóng vai trò là chất kết dính, lấp đầy khoảng trống giữa các cốt liệu Khi hồ xi măng rắn chắc, nó kết dính các cốt liệu lại với nhau, hình thành nên một khối đá gọi là bê tông Nếu bê tông có thêm cốt thép, nó được gọi là bê tông cốt thép.
Hình 1.1 Hình ảnh trạm trộn bê tông hương kính tại nghệ an
Bê tông có nhiều loại, có thể phân loại như sau:
* Theo cường độ ta có:
Bê tông thường có cường độ từ 150 - 400 daN/cm 2
Bê tông chất lượng cao có cường độ từ 500 - 1400 daN/ cm 2
Bê tông xi măng, bê tông silicát, bê tông thạch cao, bê tông polime, bê tông đặc biệt
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt, bê tông cốt kim loại
*Theo phạm vi sử dụng:
Bê tông là vật liệu chính trong các kết cấu bê tông cốt thép như móng, cột, dầm và sàn Ngoài ra, bê tông thủy công được sử dụng để xây dựng đập, trong khi bê tông đặc biệt, bê tông chịu nhiệt và bê tông chống phóng xạ phục vụ cho những ứng dụng chuyên biệt khác.
1.1.3 Vật liệu làm bê tông Để kết cấu được bê tông nhất thiết cần có các nguyên liệu sau:
Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng, giúp tăng tính linh động của bê tông, được đo bằng độ sụt nón Để đảm bảo chất lượng, mác xi măng phải lớn hơn mác bê tông cần sản xuất Sự phân bố và tính chất của các hạt cốt liệu có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ bê tông Hồ xi măng thường lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt cốt liệu, đồng thời đẩy chúng ra xa nhau một khoảng bằng 243 lần đường kính hạt xi măng.
Cốt liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cường độ bê tông, với yêu cầu cốt liệu cao hơn cường độ bê tông khoảng 1,5 lần Khi bê tông chứa lượng hồ xi măng lớn, các hạt cốt liệu bị tách xa nhau, làm giảm khả năng tương hỗ Do đó, cường độ của đá, xi măng và vùng tiếp xúc trở thành yếu tố quyết định, dẫn đến yêu cầu cốt liệu thấp hơn trong trường hợp này.
Tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại bê tông, có thể sử dụng các loại xi măng khác nhau như xi măng pozzolan, xi măng pozzolan bền sunfat, xi măng pozzolan xỉ, xi măng puzolan và các chất kết dính khác để đáp ứng các tiêu chí của dự án.
Cát để làm bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ (0,14 -
5) mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), từ (0,15 - 4,75) mm theo tiêu chuẩn Mỹ, từ (0,08 - 5) mm TCVN Lượng cát khi trộn với xi măng và nước, phụ gia phải được tính toán hợp lý, nếu nhiều cát quá thì tốn xi măng không kinh tế và ít cát quá thì cường độ bê tông giảm
Cốt liệu lớn - đá dăm hoặc sỏi
Sỏi có hình dạng tròn, nhẵn và diện tích bề mặt nhỏ, giúp tiết kiệm nước và xi măng trong quá trình thi công, nhưng cường độ bê tông sỏi thường thấp hơn bê tông đá dăm do lực bám dính với vữa xi măng yếu Ngược lại, đá dăm có nhiều góc cạnh và diện tích bề mặt lớn, tạo ra lực bám dính mạnh mẽ hơn với vữa xi măng, dẫn đến bê tông có cường độ cao hơn Tuy nhiên, để đạt được chất lượng bê tông tốt, mác của xi măng đá dăm cần phải cao hơn hoặc bằng mác của bê tông được sản xuất.
Nước dùng để trộn bê tông cần đảm bảo không ảnh hưởng đến thời gian đông kết và độ rắn chắc của xi măng, đồng thời không gây ăn mòn cho thép Nước sinh hoạt là loại nước an toàn để sử dụng Lượng nước trong quá trình nhào trộn đóng vai trò quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông, bao gồm nước tạo hồ xi măng và nước từ cốt liệu Lượng nước ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của hỗn hợp; nếu nước quá ít, sẽ không tạo ra độ lưu động cần thiết, trong khi nếu nước tăng lên đến một mức độ nhất định, sẽ xuất hiện nước tự do, làm giảm nội ma sát và tăng độ lưu động Khả năng giữ nước của hỗn hợp bê tông là lượng nước tối ưu giúp bê tông đạt được độ lưu động lớn nhất mà không bị phân tầng.
Nước biển có thể được sử dụng để sản xuất bê tông cho các công trình trong môi trường nước bẩn, miễn là tổng lượng muối không vượt quá 35g/lít Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cường độ của bê tông sẽ bị giảm và không phù hợp cho bê tông cốt thép.
Phụ gia bê tông là các chất vô cơ hoặc hóa học được thêm vào để nâng cao chất lượng của hỗn hợp bê tông hoặc bê tông cốt thép Chúng có nhiều loại, giúp cải thiện tính dẻo, tăng cường cường độ, điều chỉnh thời gian rắn chắc và nâng cao khả năng chống thấm.
Thông thường phụgia sử dụng có hai loại: Loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt
Phụ gia rắn nhanh, thường là muối gốc như CaCl2 hoặc muối Silic, đóng vai trò là chất xúc tác và tăng tốc độ thủy hóa của C3S và C2S Việc sử dụng phụ gia CaCl2 giúp rút ngắn thời gian rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên mà vẫn đảm bảo không làm giảm cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày.
Hiện nay, nhiều người đang sử dụng phụ gia đa chức năng, bao gồm hỗn hợp của phụ gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt, cùng với các phụ gia tăng cường độ bền nước.
chức năng và cấu tạo của trạm trộn
1.2.1 chức năng của trạm trộn bê tông
Trạm trộn bê tông được thiết kế để sản xuất bê tông chất lượng cao, đáp ứng nhanh chóng nhu cầu trong ngành xây dựng Đây là hệ thống máy móc tự động hóa cao, thường được sử dụng cho các công trình vừa và lớn, hoặc cho khu vực có nhiều dự án xây dựng đồng thời.
Trước đây, khi khoa học kỹ thuật chưa phát triển và máy móc còn lạc hậu, việc sản xuất bê tông chất lượng tốt với khối lượng lớn là rất khó khăn Do đó, việc thiết kế dây chuyền bê tông tự động trở nên cần thiết cho mỗi công trường và cho ngành xây dựng trong nước.
* Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính:
Bộ phận chứa vật liệu và nước, cùng với bộ phận định lượng và máy trộn, tạo thành hệ thống chính Giữa các bộ phận này có các thiết bị nâng, vận chuyển và phễu chứa trung gian, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Công nghệ sản xuất bê tông nói chung tương tự nhau:
Sau khi định lượng, vật liệu được trộn đều Việc kết hợp sản xuất bê tông và vữa xây dựng trong một dây chuyền có thể giảm tới 32% diện tích mặt bằng, từ 30% - 50% số lượng công nhân và từ 8% - 19% vốn đầu tư thiết bị Một nhà máy bê tông và vữa liên hiệp sẽ hoạt động hiệu quả khi sản lượng cung cấp không vượt quá 300.000 m³/năm.
1.2.2 Cấu tạo chung của trạm trộn
Một trạm trộn gồm có 3 bộ phận chính: Bãi chứa cốt liệu, hệ thống máy trộn bê tông và hệ thống cung cấp điện
Bãi chứa cốt liệu là khu vực đất trống được sử dụng để lưu trữ các loại cốt liệu như cát, đá to và đá nhỏ, trong đó các loại vật liệu này được xếp thành những đống riêng biệt.
Yêu cầu đối với bãi chứa cốt liệu phải rộng và thuận tiện cho việc chuyên chở cũng như lấy cốt liệu đưa lên máy trộn
Hệ thống máy trộn bê tông
Hệ thống máy trộn bê tông bao gồm thùng chứa kết hợp với hệ thống định lượng, giúp xác định chính xác tỷ lệ các nguyên liệu cấu thành bê tông Nó còn có băng tải để đưa cốt liệu vào thùng trộn, cùng với máy bơm nước, máy bơm phụ gia, silo chứa xi măng, vít tải xi măng, thùng trộn bê tông và hệ thống khí nén.
Giữa các bộ phận có các thiết bị nâng, vận chuyển và phễu chứa trung gian
Có nhiệm vụ là tạo ra bê tông với những mác xác định
Nhìn chung các máy trộn bê tông có nhiều loại và có tính năng khác nhau nhưng cấu tạo chung của chúng đều có các bộ phận:
Bộ phận cấp liệu: Bao gồm máng cấp liệu và các thiết bị định lượng thành phần cốt liệu khô như đá, cát, sỏi, xi măng
Bộ phận thùng trộn: Thùng trộn
Bộ phận dỡ sản phẩm
Hệ thống cung cấp điện
Trạm trộn bê tông yêu cầu một hệ thống cung cấp điện mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu của nhiều động cơ có công suất lớn và các thiết bị khác.
Phân loại trạm trộn
Dựa theo năng suất, người ta chia các nơi sản xuất bê tông thành 3 loại như sau :
Trạm bê tông năng suất nhỏ (1030 m 3 / h)
Trạm trộn bê tông năng suất trung bình (3060 m 3 / h)
Nhà máy sản xuất bê tông năng suất lớn (60120 m 3 / h)
Trạm bê tông phục vụ cho xây dựng một vùng lãnh thổ, cung cấp bê tông trong bán kính làm việc hiệu quả Thiết bị của trạm được thiết kế theo dạng tháp, cho phép vật liệu được đưa lên cao một lần để tiến hành các thao tác công nghệ Thông thường, vật liệu được nâng lên độ cao từ 18 mét.
20) m so với mặt đất, chứa trong các phễu xi măng (chứa trong xi lô)
Trong quá trình vận chuyển bê tông, hỗn hợp được đưa qua cân định lượng trước khi vào máy trộn, với yêu cầu cửa xả bê tông phải cao hơn miệng cửa nhận Dây chuyền có thể lắp đặt bất kỳ loại máy trộn nào, miễn là đảm bảo mối tương quan về năng suất Trạm bê tông này là lựa chọn kinh tế cho các công trình cần khối lượng lớn, đặc biệt khi khoảng cách vận chuyển dưới 30 km Đối với các công trình tập trung và điểm xây dựng phân tán ở đô thị Việt Nam, cần áp dụng sơ đồ hỗn hợp, cung cấp hỗn hợp khô cho các công trình nhỏ và sử dụng ôtô trộn cho bê tông Việc trộn hỗn hợp khô có thể thực hiện trên đường vận chuyển hoặc tại nơi đổ bê tông.
Hình 1.2 Trạm trộn bê tông cố định
1.3.2 Trạm tháo lắp di chuyển được
Dạng thiết bị này có khả năng tháo lắp và di chuyển dễ dàng, phù hợp cho các công trình lớn trong thời gian ngắn Công nghệ của trạm thường được thiết kế với 2 hoặc nhiều công đoạn, trong đó vật liệu được nâng cao qua ít nhất 2 lần Trong giai đoạn này, phần định lượng và phần trộn được thực hiện riêng biệt, với sự kết nối giữa hai phần thông qua các thiết bị vận chuyển như gầu vận chuyển, băng tải xe và xe vận chuyển.
Vật liệu được nâng cao lần đầu bằng máy xúc và gàu xúc băng chuyền vào các phễu riêng biệt, sau đó trải qua quá trình định lượng Tiếp theo, vật liệu được nâng cao lần nữa để đưa vào máy trộn.
Trong dây chuyền sản xuất bê tông, có thể lắp đặt bất kỳ loại máy trộn nào miễn là đảm bảo sự tương thích về năng suất và chế độ làm việc của các thiết bị khác Cửa xả cần được đặt cao hơn cửa nhận bê tông của thiết bị vận chuyển, và nếu tháp cao hơn, cần nâng thêm So với các trạm cố định, loại trạm này có độ cao thấp hơn (từ 7m - 10m) nhưng lại chiếm diện tích mặt bằng lớn do cần khu vực cho định lượng, trộn bê tông và vận chuyển Tổng mặt bằng thực tế cho loại trạm này nhỏ hơn vì sản lượng thấp hơn, dẫn đến bãi chứa cũng nhỏ hơn Trong các công trình phân tán với điều kiện đường xá kém, thường sử dụng trạm trộn di động hoặc xe ô tô trộn bê tông, cho phép tiến hành trộn trên đường vận chuyển hoặc tại nơi đổ bê tông.
Hình 1.3 Trạm trộn bê tông di động
Căn cứ theo phương pháp trộn được chia thành hai nhóm: Nhóm máy trộn tự do và nhóm máy trộn cưỡng bức
*Nhóm máy trộn tự do:
Các cánh trộn được lắp trực tiếp vào thùng trộn, giúp nâng cao các cốt liệu khi thùng quay Khi các cánh trộn quay, chúng sẽ đưa một phần cốt liệu lên cao và để chúng rơi tự do xuống đáy thùng, từ đó tạo ra hỗn hợp bê tông đồng nhất.
Máy trộn bê tông này có thiết kế đơn giản và tiết kiệm năng lượng, nhưng thời gian trộn lâu và chất lượng hỗn hợp bê tông không đạt yêu cầu như phương pháp trộn cưỡng bức.
* Nhóm máy trộn cưỡng bức
Là loại máy có thùng trộn cố định còn trục trộn trên có gắn các cánh trộn, khi trục quay các cánh trộn khuấy đều hỗn hợp bê tông
Máy trộn này mang lại khả năng trộn nhanh chóng và đồng đều, vượt trội hơn so với máy trộn tự do Tuy nhiên, nhược điểm của nó là có kết cấu phức tạp và tiêu tốn nhiều năng lượng điện Loại máy này thường được sử dụng để trộn các hỗn hợp bê tông khô có mác cao hoặc những sản phẩm đòi hỏi chất lượng cao.
Hiện nay, máy trộn cưỡng bức được chia thành hai loại chính: máy trộn trục đứng (hay còn gọi là máy trộn dạng Rôto) và máy trộn trục nằm ngang Cả hai loại máy này đều có thiết kế thùng trộn cố định.
Máy trộn trục đứng là loại thiết bị có cánh trộn quay quanh một trục thẳng đứng, được đặt trong khoang trộn hình trụ hoặc hình vành khăn Các máy trộn này thường được phân loại dựa trên hình dáng của thùng trộn.
Máy trộn trục nằm ngang:
Máy trộn bê tông có trục nằm ngang, còn được gọi là “máy trộn hình con rùa”, có cánh trộn chuyển động vuông góc với trục và cùng một bán kính Sự hình thành dòng hỗn hợp di chuyển theo phương thức trục trộn được thực hiện nhờ các cánh trộn đặt nghiêng, với góc nghiêng thường có giá trị nhất định.
Theo nguyên lý hoạt động máy trộn cưỡng bức có hai loại: Máy trộn cưỡng bức liên tục và máy trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ
Máy trộn cưỡng bức liên tục:
Quá trình nạp trộn và xả bê tông diễn ra đồng thời nhờ vào thiết kế của máy trộn, cho phép vật liệu được cung cấp liên tục Các cánh trộn có hướng thích hợp giúp trộn và di chuyển bê tông về phía xả, với năng suất trộn từ 5 m³/h đến 120 m³/h Loại máy này thường được sử dụng trong các trạm trộn bê tông, nơi có nhu cầu lớn về bê tông và vữa xây dựng, đáp ứng yêu cầu về số lượng và chất lượng mác bê tông.
Máy trộn cưỡng bức làm việc theo chu kỳ:
Quá trình hoạt động của máy trộn bê tông bao gồm ba bước chính: nạp liệu, trộn và xả bê tông Loại máy này được thiết kế để sản xuất bê tông với thời gian trộn nhanh chóng và chất lượng cao, hoàn thành một mẻ trộn chỉ trong vòng chưa đầy 90 giây Các máy trộn bê tông này có dung tích nạp liệu đa dạng, phù hợp với nhu cầu sản xuất khác nhau.
250 lít ữ 600 lít, thích hợp cho các trạm trộn riêng lẻ, phục vụ nhiều loại công trình khác nhau
Trong thực tế khi nhu cầu trộn bê tông lớn hơn 90m 3 hay 1500 m 3 tháng thì phải thành lập trạm trộn bê tông trong nhà máy hay phân xưởng
Căn cứ vào phương pháp đổ bê tông xi măng ra khỏi thùng, chia thành
Loại đổ bê tông bằng cách lật nghiêng thùng
Loại đổ bê tông bằng máng dỡ liệu
Loại đổ bê tông qua đáy thùng ( chỉ có loại máy trộn cưỡng bức)
Loại đổ bê tông bằng cách thùng quay ngược lại
* Phương pháp đổ bằng cách nghiêng lật thùng:
Chỉ phù hợp với máy trộn kiểu tự do có dung tích thùng nhỏ hơn 250 lít cho loại lật thùng bằng lực quay tay, và nhỏ hơn 350 lít cho loại lật thùng nhờ lực cưỡng bức.
* Phương pháp đổ bằng máng:
Khi cần lấy bê tông xi măng, máng được đưa vào và thùng trộn quay sẽ đổ bê tông vào máng để chảy ra ngoài Phương pháp này có tốc độ đổ chậm và không triệt để, thường được sử dụng cho các máy trộn kiểu tự do hình trụ với dung tích thùng từ 450 lít đến 1000 lít.
* Phương pháp dỡ liệu bê tông xi măng qua đáy thùng:
Nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông
Để sản xuất bê tông từ các nguyên vật liệu xây dựng, cần thực hiện các bước sau: Cốt liệu được lưu trữ riêng biệt tại bãi chứa, sau đó được máy xúc lật đưa vào các thùng phễu chờ xả xuống băng tải để vận chuyển lên thùng cân Xi măng được đưa vào silo chứa trên cao, trong khi nước được bơm đầy vào các thùng chứa để chuẩn bị cho quá trình cân định lượng.
Trước khi bắt đầu một quá trình hoạt động mới, cần kiểm tra các điều kiện làm việc để tránh sự cố do quá trình trước đó Đảm bảo rằng thùng cân nước, cân phụ gia, cân xi măng và thùng trộn đã xả hết nguyên liệu Người vận hành cần ấn nút Reset tại bàn điều khiển để khởi động lại hệ thống.
-Mở cửa xả bê tông
-Mở cửa xả thùng cân cát
-Mở cửa xả thùng cân đá
-Mở cửa xả thùng cân xi măng
-Mở cửa xả thùng cân nước, phụ gia
Khi hệ thống được phép hoạt động (điều kiện làm việc “=1”), người vận hành sẽ nhập các thông số cần thiết cho mác bê tông từ máy tính, bao gồm khối lượng cát, đá1, đá2, xi măng, nước, phụ gia, số mẻ cùng với các dữ liệu quản lý hành chính như tên lái xe, biển số xe, ngày và giờ xuất hành.
Sau đó tới tủ điều khiển người vận hành chọn chế độ hoạt động cho máy là tự động hay bằng tay
Nếu là chế độ tự động người vận hành nhấn nút AUTO, nếu là chế độ bằng tay thì nhấn nút MANUAL
Chế độ điều khiển tự động cho phép người vận hành chỉ cần nhấn nút Start trên bàn điều khiển Khi đó, động cơ trộn bê tông sẽ hoạt động ở chế độ không tải và tự động cân đo các khối lượng nguyên vật liệu bằng phương pháp cân riêng lẻ.
Mở van xả cát, cát được xả xuống băng tải để đưa lên thùng cân Đồng thời đá1 cũng xả để đưa lên thùng cân
Trong quá trình cân cốt liệu, cần đồng thời cân xi măng, nước và phụ gia Xi măng được đưa từ xi lô chứa vào thùng cân qua vít tải, và khi khối lượng đạt yêu cầu, động cơ vít tải sẽ dừng lại Tiếp theo, nước và phụ gia được bơm vào thùng cân cho đến khi đạt khối lượng mong muốn, sau đó dừng động cơ bơm.
Khi thùng trộn bê tông ở trạng thái “rỗng” và cửa xả “đóng”, cốt liệu và xi măng sẽ được đưa vào thùng để bắt đầu quá trình trộn khô kéo dài 15 giây Sau đó, nước và phụ gia được xả vào thùng, bắt đầu giai đoạn trộn ướt trong 10 giây, tổng thời gian trộn một mẻ khoảng 25 giây Khi hoàn tất, cửa xả sẽ mở ra để bê tông được xả vào xe chuyên dụng trong khoảng 10 giây trước khi đóng lại, kết thúc một mẻ trộn Để chuẩn bị cho mẻ trộn tiếp theo, trong quá trình trộn và sau khi xả, các nguyên liệu như cát, đá, nước, xi măng và phụ gia sẽ tiếp tục được vận chuyển lên thùng cân Nếu số mẻ trộn chưa đạt yêu cầu, quá trình cân sẽ tiếp tục cho đến khi đủ nguyên liệu, sau đó dừng lại chờ mẻ tiếp theo Khi số mẻ đạt yêu cầu, toàn bộ quá trình cân sẽ được dừng lại.
Trong chế độ điều khiển bằng tay, người vận hành cần gạt công tắc cân vật liệu xuống OFF và theo dõi số liệu cân hiển thị trên bàn điều khiển hoặc màn hình phần mềm Sau đó, nhấn nút chạy động cơ trộn và chuyển tay gạt sang chế độ hoạt động bằng tay (MAN) Để điều khiển cửa xả, gạt chuyển mạch sang vị trí “STOP” và khi cần, chuyển sang vị trí đóng hoặc mở cửa xả để thực hiện thao tác tương ứng.
Người vận hành nhấn nút cấp cát, đồng thời cung cấp xi măng, nước và phụ gia, theo dõi số cân hiển thị trên máy tính Khi đủ nguyên liệu, họ nhấn nút để dừng quá trình cấp Đối với cốt liệu đá, cần cấp đá1 trước khi chuyển sang đá2 Sau khi cốt liệu đã được cung cấp đầy đủ, chúng được đưa vào thùng trộn Tiếp theo, nhấn nút xả cốt liệu và xả xi măng Do động cơ trộn luôn hoạt động, sau khi xả xong cốt liệu và xi măng, máy bắt đầu trộn bê tông khô Thời gian trộn ướt bắt đầu khi xả nước và phụ gia Khi quá trình trộn ướt hoàn tất, người vận hành chỉ cần nhấn nút xả bê tông.
Không nên để công tắc mở cửa xả ở chế độ “tự động” vì điều này có thể dẫn đến việc bê tông bị xả ra tự động khi chưa đủ nước hoặc xi măng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Thành phần vật liệu của bê tông
Thành phần vật liệu của bê tông là yếu tố quyết định đến chất lượng và cường độ chịu lực của nó Qua thực nghiệm, các nhà nghiên cứu đã xác định được mác bê tông tương ứng với từng loại vật liệu và tỉ lệ cụ thể Ngược lại, từ mác bê tông, người ta có thể dễ dàng xác định tỉ lệ thành phần trong hỗn hợp bê tông.
Trạm bê tông thương phẩm Tây Mỗ thuộc Công ty cổ phần cơ giới lắp máy và xây dựng (VIMECO) đã cung cấp một trong những mẫu bê tông chất lượng.
Bảng thành phần cấp phối bê tông
Cơ quan cấp mẫu : Trạm bê tông thương phẩm Tây Mỗ (VIMECO)
Loaị bê tông mác 150 độ sụt 60 20 mm tại công trường Vật liệu sử dụng:
Phụ gia FDN 2002 A (0.40/100 kg xi măng)
- Bảng thành phần cấp phối theo trọng lượng
Vật liệu dùng cho 1m 3 bê tông (kg)
Phụ gia FDN 2002A Độ sụt
Bảng 1.1 thành phần cấp phối theo trọng lượng
- Bảng thành phần cấp phối theo thể tích tuyệt đối
Thành phần vật liệu Nguồn gốc Khối lượng riêng(kg/m 3 ) Thể tích(m 3 )
Xi măng Hà Nam 3150 0.079 Đá dăm 1x2 Hà Nam 2700 0.412
Bảng 1.2 thành phần cấp phối theo thể tích tuyệt đối
Định lượng vật liệu
Bộ phận định lượng nguyên liệu là phần quan trọng nhất trong trạm trộn bê tông Để sản xuất bê tông đạt chuẩn mác yêu cầu, cần đảm bảo tỷ lệ chính xác giữa các thành phần như xi măng, nước, cát và phụ gia.
Trước đây, việc định lượng vật liệu thường sử dụng dây cơ khí, nhưng hiện nay chủ yếu được thực hiện thông qua các cân băng tải hoặc các cân có bộ cảm biến trọng lượng Loadcell.
Hoạt động của máy nén khí
Máy nén khí là thiết bị quan trọng trong việc cung cấp khí nén để điều khiển các cửa đóng mở cân, cũng như cung cấp đá, cát, xi măng, nước và phụ gia trong quá trình xả bê tông Thiết bị này hoạt động bằng điện một pha và được trang bị hệ thống tự động ổn định áp lực thông qua rơ le, có khả năng tự động ngắt và bảo vệ, đảm bảo hiệu suất làm việc an toàn và hiệu quả.
Các máy khí nén được phân loại theo cấu tạo thành các loại sau: máy nén khí pittông, máy nén khí rôto, máy nén khí ly tâm, máy nén khí hướng trục và máy nén khí kiểu phun.
Máy nén khí pittông đơn giản nhất bao gồm một xi lanh hở với đầu được đậy nắp, trong đó có van nạp và xả Pittông thực hiện chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh nhờ vào cơ cấu thanh truyền và tay quay.
Khi pittông di chuyển sang bên phải, van nạp tự động mở, cho phép khí đi vào xi lanh Khi pittông chuyển động ngược lại, áp suất trong xi lanh tăng lên cho đến khi vượt qua áp suất trong đường ống nạp, lúc này van nạp tự động đóng lại Pittông tiếp tục di chuyển sang bên trái, khí trong xi lanh bị nén cho đến khi áp suất lớn hơn áp suất trong đường ống xả, khiến van xả mở ra và khí nén được đẩy vào bình chứa Quá trình này lặp đi lặp lại liên tục.
Máy nén khí pittông hai chiều là loại máy có cả hai đầu xi lanh được làm kín, với van nạp và xả ở cả hai đầu Khi pittông chuyển động, nó thực hiện đồng thời hai quá trình: nạp khí ở một xi lanh và nén, xả khí ở xi lanh còn lại Ưu điểm của loại máy này bao gồm kết cấu gọn gàng, trọng lượng nhẹ trên mỗi đơn vị năng suất, diện tích lắp đặt nhỏ, tiện lợi trong việc tháo lắp các cụm và chi tiết máy, cùng với độ tin cậy cao.
Nhược điểm: khó khăn chế tạo được máy có khả năng cân bằng tốt, không thể đạt được tốc độ cao, làm việc còn khá ổn và rung động
Phạm vi sử dụng:rất rộng, chúng tạo ra áp suất khí nén từ (2 - 1000) kG/cm 2 và lớn hơn nữa
Máy nén khí rôto- trục vít:
Máy nén khí rôto - trục vít bao gồm hai trục vít lắp song song trong một vỏ, với bánh răng ở đầu trục để truyền động quay Khi rôto quay, không gian giữa các bề mặt vỏ và răng vít chứa khí nén, được đẩy dọc theo trục Nhờ cấu tạo đặc biệt, khí nén được nén và đẩy ra cửa xả, dẫn đến nơi tiêu thụ hoặc bình chứa Ưu điểm của máy nén khí rôto - trục vít là hiệu suất cao và khả năng cung cấp khí nén ổn định.
Máy hoạt động với tốc độ cao mà không có khối lượng chuyển động tịnh tiến, đảm bảo khả năng cân bằng và ổn định Đặc biệt, máy có thể được kết nối trực tiếp với động cơ điện.
-Các quá trình nạp và xả diễn ra liên tục
-Có độ tin cậy cao
Máy nén khí được phân loại theo năng suất thành ba loại chính: máy nén khí năng suất thấp với công suất từ 0,04 đến 10 m³/ph; máy nén khí năng suất trung bình có công suất từ 10 đến 100 m³/ph; và máy nén khí năng suất cao với công suất lớn hơn 100 m³/ph.
-Theo nguyên lý nén khí chúng được chia thành hai nhóm:
Máy nén khí hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi động năng, trong đó không khí được nén lại bằng cách gia tăng tốc độ dòng khí Các loại máy nén khí như máy nén ly tâm và máy nén hướng trục thuộc nhóm này, giúp tối ưu hóa quá trình nén không khí hiệu quả.
Máy nén khí hoạt động dựa trên nguyên tắc giảm thể tích chứa khí, trong đó khí từ không gian có áp suất thấp được đưa vào một không gian kín Sau đó, khí được nén và áp suất tăng lên do sự giảm thể tích trong không gian này Các loại máy nén khí như pittông và rôto thuộc nhóm này.
Hoạt động của máy bơm nước
Máy bơm là thiết bị thủy lực có chức năng hút và đẩy chất lỏng từ địa điểm này sang địa điểm khác, yêu cầu tăng áp suất chất lỏng ở đầu đường ống để vượt qua trở lực và hiệu áp suất Năng lượng cần thiết cho quá trình này được cung cấp từ động cơ điện hoặc các nguồn động lực khác Máy bơm hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau như trong nhà, ngoài trời, và phải chịu được các yếu tố như độ ẩm và nhiệt độ, đồng thời tương thích với tính chất lý, hóa của chất lỏng cần vận chuyển.
Chương I cho ta hiểu được cấu tạo và thành phần chính của bê tông một cách hệ thống, các nguyên vật liệu làm ra nó và những nguyên nhân làm giảm chất lượng của bê tông Đây là một điều quan trọng vì muốn thiết kế ra hệ thống trạm trộn bê tông tự động trước tiên ta phải hiểu được cấu tạo thành phần chính của bê tông Chương này cũng cho ta một cái nhìn tổng quan về trạm trộn bê tông trong thực tế, nguyên tắc hoạt động để tạo ra được một mẻ bê tông từ các loại nguyên vật liệu cơ bản.
GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 300,WIN CC VÀ TRANG BỊ ĐIỆN
Yêu cầu về công nghệ trạm trộn bê tông
Ngày nay, sự phát triển của khoa học và công nghệ đã tác động mạnh mẽ đến ngành công nghiệp bê tông, yêu cầu trạm trộn bê tông tươi phải cung cấp nhanh chóng và đủ lượng bê tông Đặc biệt, trạm trộn cần có khả năng linh hoạt để sản xuất nhiều mác bê tông khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng Để đạt được điều này, người thiết kế cần nghiên cứu sâu về công nghệ và biết cách kết hợp linh hoạt các quy trình, đảm bảo máy trộn bê tông hoạt động hiệu quả nhất trong cùng một thời điểm.
Trong quá trình cân cốt liệu, máy sẽ đồng thời cung cấp và cân xi măng, nước, cũng như phụ gia Các công việc cấp và cân này thường được thực hiện khi máy đang trong giai đoạn trộn khô hoặc trộn ướt bê tông.
Để tăng hiệu suất trộn bê tông và giảm thời gian trộn, nên xả toàn bộ cốt liệu và xi măng cùng lúc vào máy trộn khô Sau đó, thêm nước và phụ gia để thực hiện quá trình trộn ướt Phương pháp này giúp nguyên vật liệu được phân bố đều hơn trong hỗn hợp bê tông.
Thời gian trộn bê tông lý tưởng dao động từ 25 đến 60 giây Việc này giúp tạo ra nhiều loại bê tông chất lượng cao, đặc biệt là với mác xi măng cao hơn so với mác xi măng thấp.
Để đảm bảo trạm trộn bê tông hoạt động liên tục, cần có bảng biểu số liệu bê tông sẵn sàng và chính xác, đặc biệt khi máy tính truyền số liệu gặp sự cố Theo tiêu chuẩn xây dựng, sai số cho phép trong định lượng vật liệu là ±1% cho nước và xi măng, và ±2% cho cát, đá dăm hoặc sỏi Để đáp ứng yêu cầu này, công nghệ và thiết bị hiện đại với độ tin cậy cao là cần thiết Hệ thống định lượng vật liệu đóng vai trò quyết định đến chất lượng bê tông thành phẩm Việc lắp đặt cảm biến trọng lượng ở vị trí thích hợp sẽ giúp thu thập giá trị trọng lượng nguyên liệu chính xác, giảm thiểu sai số cho toàn hệ thống Hệ thống điều khiển cần kết hợp bộ điều khiển khả lập trình PLC với máy tính PC để quản lý toàn bộ quy trình sản xuất bê tông tươi thương phẩm.
Hoạt động của trạm trộn bê tông có thể được chia thành ba phần riêng biệt, liên quan chặt chẽ với nhau trong quá trình khởi động Chu trình trộn bê tông bắt đầu khi cửa xả được đóng mở thích hợp, với gốc xuất phát từ thời điểm nhận vật liệu vào thùng trộn.
Chu trình hoạt động của cân cát, đá1, đá2, xi măng
Chu trình hoạt động của cân nước, phụ gia.
Cấu trúc của hệ điều khiển
Hệ thống được quản lý và theo dõi thông qua máy tính, cho phép người dùng cài đặt các thông số về khối lượng và thời gian từ chương trình điều khiển PLC Các quá trình hoạt động của trạm được hiển thị trực quan trên màn hình giao diện máy tính.
Bộ điều khiển khả trình PLC và Modul vào/ra tương tự có chức năng điều khiển logic trực tiếp các hoạt động của hệ thống trạm trộn bê tông.
Kiểm tra trạm trộn bê tông trước sản xuất
Bật Aptomat để cung cấp nguồn cho phòng điều khiển và tụ điện, sau đó ấn nút “CẤP NGUỒN – SUPPLY” để cấp điện cho hệ thống động lực và điều khiển, lúc này máy nén khí sẽ bắt đầu hoạt động.
Nguồn cấp cho các động cơ là 12V nguồn cấp cho các relay và các công tắc nút ấn là 24V
Nếu động cơ máy nén khí (động cơ ba pha) không quay đúng chiều, cần tắt nguồn điện và đảo pha nguồn Khi động cơ quay đúng chiều, sau 5 phút, máy sẽ cung cấp đủ hơi cho trạm, cho phép kiểm tra các bước tiếp theo Nhấn nút “CHẠY” để khởi động các cánh trộn bê tông trong thùng trộn và đèn LED sẽ sáng Để đóng cửa xả bê tông, nhấn nút “ĐÓNG” và đèn LED sẽ sáng, xác nhận cửa xả đã được đóng.
Tiếp tục kiểm tra các hoạt động của xi măng và nước tương tự như cốt liệu Nhấn nút “Mở” để xả thùng trộn và tháo nước rửa Sau khi đã tháo hết nước, hãy ấn nút để hoàn tất quy trình.
Sau khi hoàn tất việc kiểm tra vận hành thử trạm trộn, chúng ta có thể khởi động trạm theo các chế độ khác nhau Để bắt đầu, hãy "đóng" cửa xả và bật đèn LED, sau đó ấn nút "Dừng" để ngừng hoạt động của cánh trộn trong thùng, lúc này đèn sẽ tắt.
Dữ liệu từ máy tính mác bê tông, bao gồm tỷ lệ khối lượng nguyên vật liệu, số mẻ trộn, thời gian xả nguyên vật liệu và bê tông, cùng với thông tin hiệu chỉnh sai số khối lượng, được truyền xuống PLC Dựa vào những thông số này, PLC sẽ điều khiển trực tiếp hoạt động của trạm trộn theo các chế độ khác nhau.
Chế độ điều khiển bằng tay (MANUAL) cho phép người dùng điều khiển hệ thống thông qua các nút bấm trên bàn điều khiển Trong chế độ này, các công việc như cân đá, cát, xi măng, phụ gia và nước có thể được nhập liệu bằng máy tính Chế độ này chủ yếu được sử dụng để thử nghiệm hoạt động của các van điều khiển và động cơ.
-Chế độ điều khiển tự động (AUTOMATIC)
Trên bàn điều khiển, chuyển nút ấn sang chế độ tự động để hệ thống yêu cầu nhập các thông số như mác trộn, số mẻ trộn, khối lượng mỗi mẻ, thời gian trộn khô và ướt Chỉ khi nhập đầy đủ thông tin, hệ thống mới hoạt động Sau khi khởi động, hệ thống sẽ cân các thành phần như nước, đá, cát, xi măng và phụ gia Khi đá và cát đã được cân xong, van sẽ xả chúng xuống băng tải và vào gầu, tiếp theo, động cơ băng tải sẽ nâng gầu lên và xả vào thùng trộn Xi măng sẽ được cân và chờ cùng lúc với đá và cát để xả vào thùng trộn Dựa trên thời gian trộn khô đã đặt, sau khi kết thúc thời gian này, hệ thống sẽ mở van cân nước và phụ gia để bắt đầu trộn ướt Khi thời gian trộn ướt kết thúc, van xả thùng trộn sẽ xả hỗn hợp, trong khi đó, quá trình cân các thành phần vẫn tiếp tục cho đến khi hoàn thành số mẻ đã đặt.
Hệ thống máy tính giám sát trung tâm
Hệ thống máy tính giám sát trung tâm với phần mềm điều khiển giám sát có các chức năng:
-Nhập và truyền các lượng đặt về thời gian xuống PLC
-Giám sát các quá trình hoạt động của trạm bằng tín hiệu đèn báo
-Giám sát hệ thống định lượng của máy
Máy tính (PC) giám sát truyền thông với PLC điều khiển trực tiếp bằng giao thức PC/MPI qua cáp PC Adapter
Việc truyền thông giữa máy tính và PLC trở nên dễ dàng hơn với yêu cầu cấu hình tối thiểu cho máy tính là tốc độ 300KHz và bộ nhớ RAM 32Mb.
Ngoài giám sát bằng máy tính ta có thể theo dõi hoạt động của máy tính nhờ hệ thống đèn báo Led thường được gắn trên tủ điều khiển.
Hệ thống điều khiển trực tiếp cho trạm trộn
Để điều khiển trạm trộn bê tông, máy tính có thể thực hiện chức năng này, nhưng độ an toàn thấp là nhược điểm lớn Hiện nay, thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC đã ra đời và phát triển, mang lại hoạt động tin cậy trong môi trường công nghiệp, khắc phục những hạn chế của máy tính Do đó, việc kết hợp khả năng của máy tính và PLC không chỉ giúp giảm chi phí mà còn nâng cao chất lượng hệ thống một cách rõ rệt.
Trong hệ thống, PLC đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các cơ cấu chấp hành, giúp hệ thống hoạt động độc lập ngay cả khi máy tính gặp sự cố Đồng thời, máy tính và PLC có khả năng trao đổi dữ liệu, đảm bảo hệ thống vận hành đúng theo yêu cầu của từng loại Mác bê tông.
Hệ thống cung cấp điện cho trạm trộn bê tông
Trạm trộn bê tông là một hệ thống máy điện có công suất đặt khá lớn khoảng
Trạm biến áp 200 KVA cần được thiết kế riêng biệt cho hệ thống bao gồm thiết bị sử dụng 1 pha và 3 pha, đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho hoạt động và đạt độ an toàn cao Để duy trì tính liên tục trong quá trình làm việc, việc lắp đặt thêm một máy phát dự phòng là cần thiết, nhằm tránh ảnh hưởng đến sản xuất khi xảy ra mất điện.
2.5.1 Tính toán cung cấp điện cho hệ thống trạm trộn Điện áp đưa vào trạm trộn được lấy từ lưới điện trung áp cấp cho nhà máy qua trạm phân phối trung tâm được đưa tới trạm biến áp của trạm bằng cáp ngầm, điện áp từ lưới trung áp là 35KV sau khi qua trạm biến áp hệ thống được giảm xuống 0,4KV
-Tính chọn công suất động cơ
Dựa trên yêu cầu của trạm, chúng ta sẽ lựa chọn các động cơ hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại Chế độ ngắn hạn lặp lại được định nghĩa là thời gian mang tải và thời gian nghỉ xen kẽ nhau.
Khi làm việc, nhiệt độ sai tăng lên nhưng chưa đạt mức ổn định, trong khi thời gian nghỉ giảm nhưng vẫn còn tồn tại Đối với chế độ ngắn hạn lặp lại, người ta xác định hệ số tiếp điện ồ% (hệ số đúng điện) với công thức ồ% = 100% nghi lv lv t t t.
Trong đó: tlv: là thời gian làm việc có tải tc.kỳ= tlv+ tnghỉ : là thời gian của một chu kỳ
Người ta đã chế tạo chuẩn: % 15 %; 25 % : 40 %; 60 %
Ngắn hạn lặp lại tải thay đổi:
Khi ồ% = ồ%chuẩn ta tớnh theo cụng thức: i i dt t t
Trong đó : Mi: trị số mômen ứng với khoảng thời gian ti
Mđt: mô men đẳng trị
Ptđ: Công suất tương đương
Khi ồ% không bằng ồ% chuẩn, chúng ta cần tính Mđt và từ đó xác định Pđt Do đó, công suất tính toán Ptt được xác định theo công thức: chuẩn tài dt tt P.
Sau đó tính chọn công suất định mức Pđm lớn hơn hoặc bằng công suất tính toán Ptt (Pđm ≥ Ptt)
Đối với ngắn hạn lặp lại tải không đổi, cần chọn công suất định mức Pđm lớn hơn hoặc bằng công suất yêu cầu Pyc (Pđm ≥ Pyc) để đảm bảo sự phù hợp giữa % tải và % chuẩn, cùng với tốc độ thích hợp.
Khi ồ% ≠ ồ%chuẩn thỡ ta phải tớnh: chuan tai yc tt P
Sau đó tính chọn Pđm≥ Ptt như bình thường
Theo mô hình thực tế của em thì em chọn các loại động cơ có công suất như sau:
Loại động cơ Động cơ trộn Động cơ băng tải Động cơ nén khí Động cơ bơm nước Công suất (W) 5-7w 5-7w 5-7w 5-7w
Bảng 2.1 tính công suất chọn động cơ
2.5.2 Các phần tử đóng cắt, bảo vệ, đo lường liên động
Các thiết bị bảo vệ khác nhau sẵn sàng bảo vệ máy phát, máy biến áp đường dâyvà thiết bị tiêu thụ lưới điện
Các thiết bị này được thiết kế để phát hiện sự cố và cách ly chúng khỏi lưới điện một cách nhanh chóng và chọn lọc, nhằm giảm thiểu tối đa hậu quả của sự cố Do đó, rơ le bảo vệ cần có khả năng tác động nhanh, độ tin cậy cao và sẵn sàng đáp ứng ở mức tối đa.
Cầu chì là thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện và thiết bị điện khỏi tình trạng ngắn mạch Bộ phận chính của cầu chì là dây chảy, và trị số dòng điện mà dây chảy bị đứt gọi là dòng điện giới hạn (Igh) Để đảm bảo dây chảy không bị đứt khi hoạt động ở dòng điện định mức, dòng điện giới hạn cần lớn hơn dòng điện định mức (Igh > Iđm) Thông thường, trị số Igh cho dây chảy cầu chì dao động trong khoảng từ 1,25 đến 1,45 lần dòng điện định mức (Igh = (1,25 - 1,45)Iđm).
Nhược điểm của việc để người vận hành thay dây chảy cầu chì là khi xảy ra sự cố ngắn mạch, dây chảy sẽ bị đứt, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy Điều này có thể dẫn đến việc người vận hành thực hiện không đúng quy trình, gây ra sai sót trong quá trình vận hành.
Rơ le nhiệt :dùng để bảo vệ các thiết bị điện (động cơ) khỏi bị quá tải
Rơ le nhiệt có dòng điện làm việc tới vài trăm Ampe, ở lưới điện một chiều 440V và xoay chiều tới 500V, tần số 50Hz
Trong quá trình sử dụng, dòng điện định mức của rơle nhiệt thường được lựa chọn dựa trên dòng điện định mức của động cơ điện cần bảo vệ khỏi quá tải Sau đó, giá trị dòng điện tác động sẽ được điều chỉnh cho phù hợp.
Công tắc: Là khí cụ đóng - cắt bằng tay hoặc bằng tác động cơ khí ở lưới điện hạ áp
Việc đóng, ngắt các tiếp điểm cũng có thể theo các nguyên tắc cơ khí khác nhau
Công tắc hành trình kiểu gạt với cần gạt và bánh xe ở đầu cần cho phép người dùng điều chỉnh bằng cách gạt sang trái hoặc phải Khi cần gạt bị tác động, nó sẽ đóng hoặc ngắt tiếp điểm bên trong công tắc, giúp kiểm soát hoạt động một cách hiệu quả.
Nút ấn là thiết bị quan trọng trong lưới điện hạ áp, được sử dụng để đóng cắt mạch và điều khiển các rơ le, công tắc tơ cũng như chuyển đổi mạch tín hiệu và bảo vệ Thông dụng nhất, nút ấn được áp dụng trong mạch điều khiển động cơ, cho phép mở máy, dừng hoạt động và đảo chiều quay.
Nút ấn có hai loại chính: kiểu hở và kiểu kín, với khả năng chống bụi, nước và chống nổ Ngoài ra, một số nút ấn còn được trang bị đèn báo để hiển thị trạng thái hoạt động.
Aptomat (máy ngắt tự động) : Là khí cụ điện đóng mạch bằng tay và cắt mạch tự động khi có sự cố như: quá tải, ngắn mạch, sụt áp
Kết cấu các aptomat rất đa dạng và được chia theo chức năng bảo vệ: aptomat dòng điện cực đại, aptomat dòng điện cực tiểu, aptomat điện áp thấp
Aptomat dòng điện cực đại được dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải và ngắn mạch
Aptomat điện áp thấp dùng để bảo vệ mạch điện khi điện áp tụt thấp không đủ điều kiện làm việc hoặc khi mất điện áp
Aptomat vạn năng tích hợp nhiều nguyên lý hoạt động, cung cấp khả năng bảo vệ đa dạng như bảo vệ quá dòng, ngắn mạch, điện áp thấp và quá tải.
Rơle là thiết bị điện tự động có chức năng đóng và cắt mạch điện điều khiển hoặc bảo vệ, giúp kết nối các khối điều khiển khác nhau và thực hiện các thao tác logic trong quy trình công nghệ.
Hệ thống an toàn của trạm
Để đảm bảo cho hệ thống đặc biệt là đảm bảo an toàn cho người vận hành, sửa chữa Trạm phải được thiết kế với độ tin cậy cao
Khi công nhân vệ sinh thùng trộn bê tông, hệ thống an toàn sẽ tự động ngắt điện cho trạm khi mở nắp thùng Điều này đảm bảo rằng nếu ai đó ấn nút khởi động, hệ thống sẽ không hoạt động cho đến khi công nhân ra khỏi thùng và đậy nắp lại.
Trong quá trình trộn, người vận hành có quyền huỷ bỏ mẻ trộn Khi mẻ trộn bị huỷ, dữ liệu của mẻ hiện tại sẽ không được lưu lại trong cơ sở dữ liệu, và các tỷ lệ đặt cùng trạng thái của bộ điều khiển cũng sẽ bị xoá.
Mạch lực
Hệ điều khiển trạm trộn bê tông sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc giúp tiết kiệm chi phí và tăng độ tin cậy cho hệ thống, vì không cần điều chỉnh tốc độ động cơ.
Trong hệ thống điện có 12 động cơ với công suất đa dạng, tất cả đều sử dụng nguồn 3 pha Đối với các động cơ nhỏ như bơm nước, bơm phụ gia và động cơ đầm rung, có thể khởi động trực tiếp mà không cần rơ le nhiệt bảo vệ Tuy nhiên, đối với các động cơ có công suất lớn hơn, cần áp dụng biện pháp giảm dòng khởi động và sử dụng rơ le nhiệt để bảo vệ quá tải.
Các biện pháp khởi động động cơ:
Mở máy trực tiếp là phương pháp đơn giản nhất, chỉ cần kết nối động cơ với lưới điện Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là dòng điện khởi động lớn, gây tụt điện áp mạng lưới điện đáng kể Nếu quán tính của máy lớn, thời gian khởi động sẽ kéo dài, có thể ảnh hưởng đến hệ thống bảo vệ Do đó, phương pháp này chỉ nên áp dụng khi công suất mạng điện lớn hơn nhiều so với công suất của động cơ.
* Giảm điện áp Stato khi mở máy:
Khi khởi động máy, việc giảm điện áp cấp cho động cơ giúp hạn chế dòng điện khởi động Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là mô men khởi động sẽ bị giảm đáng kể.
-Các biện pháp giảm điện áp đặt vào Stato của động cơ:
Khi khởi động máy, việc đưa điện kháng vào mạch Stato giúp giảm điện áp trực tiếp lên động cơ, làm cho điện áp rơi trên điện kháng Điều này dẫn đến việc mômen động cơ giảm đi một nửa.
Sử dụng máy biến áp tự ngẫu giúp điều chỉnh điện áp mạng đầu vào sơ cấp, từ đó đưa điện áp thứ cấp vào động cơ Người dùng có thể thay đổi vị trí con chạy để khởi động động cơ với điện áp thấp, sau đó tăng dần đến mức định mức Điện áp pha khi khởi động động cơ là yếu tố quan trọng cần lưu ý.
Trong đó: k là hệ số biến áp
Zn là tổng trở động cơ lúc mở máy
U1 là điện áp pha lưới
Iđc là dòng điện mở máy
Dòng điện lưới I1 khi có biến áp:
1 (II.7) Dòng điện lưới I1 khi mở máy trực tiếp:
Dòng mở máy giảm đi 2 lần, cho thấy phương pháp này vượt trội hơn so với phương pháp dùng điện kháng, vì vậy nó được áp dụng rộng rãi hơn trong thực tế.
* Đổi nối Sao- Tam giác (Y/Ä)
Phương pháp đổi nối sao – tam giác (Y/Δ) được áp dụng cho động cơ trong trạng thái làm việc bình thường với dây quấn Stato đấu tam giác Khi khởi động, động cơ được đấu sao (Y) để giảm điện áp đặt vào mỗi pha xuống 1/3, điều này dẫn đến dòng điện khởi động cũng giảm 1/3 và mô men giảm tương ứng Mặc dù mô men khởi động giảm, phương pháp này vẫn kinh tế hơn so với các phương pháp khác Đặc biệt, trong hệ trạm trộn bê tông, khi khởi động không tải nhỏ và không cần mô men khởi động lớn, phương pháp này là lựa chọn tối ưu.
Xây dựng mạch điều khiển trạm trộn bê tông
Hình 2.3 Sơ đồ mạch điều khiển
giới thiệu chung về plc s7 300
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển qua ngôn ngữ lập trình Được thiết kế chuyên dụng cho ngành công nghiệp, PLC có khả năng điều khiển các quá trình từ đơn giản đến phức tạp, tùy thuộc vào nhu cầu của người sử dụng, nó có thể thực hiện nhiều chương trình khác nhau.
Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) hiện nay được ứng dụng rộng rãi và có khả năng thay thế hoàn toàn hệ thống rơle Với tính năng giống như một máy tính, PLC cho phép lập trình linh hoạt, giúp người dùng dễ dàng thay đổi chương trình và sửa đổi các chương trình con một cách nhanh chóng.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất công nghiệp Trước đây, tự động hóa chỉ áp dụng cho sản xuất hàng loạt với năng suất cao, nhưng hiện nay, việc tự động hóa cần được mở rộng sang sản xuất nhiều loại khác nhau để cải thiện năng suất và chất lượng.
Đặc điểm và vai trò của PLC
PLC có những đặc điểm sau:
- Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào /ra
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu
- Dễ dàng thay đổi chương thình điều khiển bằng máy lập thình hoặc máy tính cá nhân
- Độ tin cậy cao, kích thước quá nhỏ
Từ những đặc điểm của plc ta thấy vai trò của nó rất quan trọng trong ngành tự động hoá nói riêng và ngành công nghiệp nói chung
Trong hệ thống điều khiển tự động, PLC đóng vai trò như bộ não, với chương trình ứng dụng được lưu trữ trong bộ nhớ Nó liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống bằng cách theo dõi tín hiệu phản hồi từ thiết bị đầu vào, sử dụng chương trình logic để xử lý tín hiệu và điều khiển các thiết bị đầu ra.
PLC tích hợp nhiều chức năng như bộ đếm, bộ định thời, thanh ghi, bộ cộng trừ và bộ so sánh, cùng với các tập lệnh cho phép thực hiện các tín hiệu điều khiển từ đơn giản đến phức tạp Hoạt động của PLC hoàn toàn dựa vào chương trình lưu trữ trong bộ nhớ, liên tục cập nhật tín hiệu đầu vào để xử lý và điều khiển tín hiệu đầu ra.
Giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập bao gồm nút ấn và cầu dao Bên cạnh đó, PLC cũng nhận tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động như công tắc trạng thái và cảm biến quang điện Các tín hiệu nhập vào PLC cần phải ở trạng thái Logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog, và những tín hiệu này được giao tiếp với PLC thông qua các Modul nhập.
Trong hệ thống tự động hoá, thiết bị xuất đóng vai trò quan trọng, vì nếu ngõ ra của PLC không kết nối với thiết bị xuất, hệ thống sẽ bị tê liệt Các thiết bị xuất phổ biến bao gồm động cơ, cuộn dây nam châm, relay và còi báo Qua hoạt động của các thiết bị này, PLC có khả năng điều khiển các hệ thống từ đơn giản đến phức tạp.
Các thiết bị xuất như đèn, còi và các báo động sự cố có chức năng thông báo tín hiệu ngõ vào, cho phép người dùng nhận biết trạng thái hoạt động Những thiết bị này giao tiếp với PLC thông qua một loạt các mô-đun ngõ ra, giúp cải thiện khả năng giám sát và điều khiển hệ thống.
Ngày nay, PLC (Bộ điều khiển lập trình) được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng Các nhà sản xuất cung cấp nhiều loại PLC với các mức độ thực hiện chương trình khác nhau, phù hợp với yêu cầu của thị trường Để đánh giá một PLC, người ta thường dựa vào hai tiêu chuẩn chính.
Số tiếp điểm vào/ra của PLC
Khi lựa chọn thiết bị, cần chú ý đến các chức năng quan trọng như bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình và khả năng mở rộng số ngõ vào/ra.
cấu trúc cơ bản PLC
Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc
Chế tạo dựa trên công nghệ vi xử lý, thiết bị bao gồm bộ thuật toán và logic (ALU) có vai trò quan trọng trong việc xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học như cộng và trừ, cũng như các phép toán logic như AND, OR, và NOT.
Bộ nhớ (các thanh ghi) Bên trong bộ vi sử lý được sử dụng để lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi chương trình
Trong hệ thống plc có nhiều loại bộ nhớ :
- Bộ nhớ địa chỉ (ROM) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được cpu sử dụng
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) là nơi lưu trữ dữ liệu cho các thiết bị nhập xuất, cho phép đọc, ghi và xóa thông tin Tuy nhiên, khi mất điện, toàn bộ thông tin trong RAM sẽ bị xóa bỏ.
- Bộ nhớ nửa cố định:
EFPOM được ưa chuộng vì khả năng xoá và lập trình lại nhiều lần Để thực hiện việc xoá và lập trình lại cho EFROM, cần sử dụng các thiết bị chuyên dụng, và mỗi lần lập trình lại yêu cầu xoá toàn bộ các ô nhớ của EFROM.
EEFROM là loại bộ nhớ có khả năng xóa và ghi lại dữ liệu bằng tín hiệu điện với mức điện áp thông thường Đặc biệt, EEFROM cho phép xóa từng ô nhớ cụ thể mà không cần phải tháo rời khỏi mạch ứng dụng.
Nguồn CPU Out put modul Memory
III.2 Thiết bị điều khiển logic khả trình simatic S7-300
PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM,314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2
Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng /số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332, SM334, SM338, SM374
Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365
Các module được lắp đặt trên thanh rây với tối đa 8 module SM/FM/CP bên phải CPU, tạo thành một rack kết nối qua bus connector ở mặt sau Mỗi module được đánh số slot từ trái sang phải: module nguồn là slot 1, module CPU là slot 2, và module kế tiếp mang số 4.
Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát IM360, slot
Tìm hiểu về WinCC
WinCC là phần mềm IHMI (Giao diện Người-Máy Tích Hợp) đầu tiên cho phép kết hợp điều khiển với tự động hóa Với các thành phần dễ sử dụng, WinCC giúp tích hợp ứng dụng mới hoặc có sẵn một cách thuận tiện Đặc biệt, người dùng có thể tạo giao diện điều khiển để theo dõi mọi hoạt động trong quá trình tự động hóa một cách dễ dàng.
Phần mềm này hỗ trợ giao tiếp trực tiếp với nhiều loại PLC từ các hãng khác nhau như SIEMENS và MITSUBISHI, đặc biệt nổi bật trong việc kết nối với PLC của hãng SIEMENS Người dùng có thể cài đặt phần mềm trực tiếp trên máy tính và kết nối với PLC thông qua các cổng COM1 hoặc COM2 Để thực hiện kết nối này, cần sử dụng một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 của máy tính sang chuẩn RS-485 của PLC.
WinCC là một hệ thống mở, cho phép người dùng dễ dàng tạo giao diện người-máy phù hợp với nhu cầu thực tế Các nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ dựa trên giao diện mở của WinCC, tạo nền tảng cho việc mở rộng hệ thống Ngoài ra, WinCC còn có khả năng thích ứng để xây dựng các hệ thống cấp cao như MES và ERP.
2.9.2 Truyền thông trong môi trường wincc
Trình quản lý dữ liệu (Data manager)
WinCC sử dụng cơ sở dữ liệu Sybase SQL Anywhere để lưu trữ toàn bộ thông tin cấu hình, bao gồm danh sách Tag, văn bản thông điệp, giá trị đo được và các mẫu tin dữ liệu của người dùng.
Cơ sở dữ liệu này hoạt động như một trình quản lý dữ liệu Wincc Data Manager, nhưng người sử dụng không thể trực tiếp truy cập vào giao diện của nó.
Trình quản lý dữ liệu chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu từ dự án Wincc, lưu trữ trong cơ sở dữ liệu dự án Nó quản lý các Wincc tag trong quá trình chương trình hoạt động, đảm bảo rằng tất cả dữ liệu Wincc đều được yêu cầu thông qua trình quản lý dữ liệu dưới dạng Wincc Tag.
Các ứng dụng này bao gồm: Graphics Runtime, Alam Logiging Runtime, Tag Logiging Runtime
Để WinCC có thể giao tiếp với tất cả các PLC, các trình điều khiển truyền thông là cần thiết Những trình điều khiển này kết nối trình quản lý dữ liệu với PLC thông qua một C++ DLL, mà giao tiếp của trình quản lý dữ liệu được gọi là kênh APL Chúng cung cấp các giá trị quá trình cho các WinCC Tag và có định dạng tệp mở rộng là ".chm".
Ngõ vào Communication Driver trong Tag Management yêu cầu ít nhất một sub-entry, hay còn gọi là đơn vị kênh Mỗi đơn vị kênh này thiết lập giao tiếp với một bộ lái Hardware cụ thể, do đó, để kết nối với Modul truyền thông của PLC, việc định nghĩa đơn vị kênh là cần thiết.
Để kết nối với PLC và thực hiện việc đọc và ghi giá trị quá trình, người dùng cần thiết lập một kết nối mới Để thực hiện điều này, chỉ cần nhấp chuột phải vào đơn vị kênh và chọn "New Driver Connection" từ menu.
Để tạo kết nối với PLC, các tham số kết nối cần được thiết lập dựa trên trình điều khiển truyền thông đã chọn Mỗi kết nối phải được gán một tên duy nhất trong dự án Để cài đặt kết nối, hãy nhấp chuột phải vào Tag Management và chọn "Add New Driver".
Trong Add New Driver trọn một trong các Driver được hiển thị ra
Hình 2.17: Chọn Driver kết nối với PLC
Thiết lập các cấu hình truyền thông
Các dịch vụ truyền thông của Wincc gồm có truyền thông sau:
Các hàm truyền thông cơ bản
- Kiểu dữ liệu của Wincc
- Binary Tag : Kiểu nhị phân
- Unsigned 8 bit value: Kiểu nguyên 8 bit không dấu
- Unsigned 16 bit value: Kiểu nguyên 16 bit không dấu
- Signed 16 bit value: Kiểu nguyên 16 bit có dấu
- Unsigned 32 bit value: Kiểu nguyên 32 bit không có dấu
- Signed 32 bit value : Kiểu nguyên 32 bit có dấu
-Floating point Number 32 bit IEEE 754: Kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754
-Floating point Number 64 bit IEEE 754: Kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754
-Text tag 8 bit character set : Kiểu kí tự 8 bit
- Text tag 16 bit character set: Kiểu kí tự 16 bit
- Raw data type: Kiểu dữ liệu thô
Gửi dữ liệu từ Wincc xuống các ô nhớ PLC:
-Cấu trúc: (giá trị trả về) SetTagX(“tên biến ngoại”, giá trị )
Giá trị trả về: BOOL
Nếu quá trình gửi thành công thì giá trị trả về là TRUE, còn ngược lại thì giá trị trả về là FALSE, X có thể là Bit, Byte, Word
Lấy dữ liệu từ ô nhớ PLC lên biến ngoại nào đó trên Wincc:
Cấu trúc: (Giá trị trả về) GetTagX(“tên biến ngoại”)
X có thể là Bit, Byte, Word
Tên biến ngoại là biến được gán tương ứng với các ô nhớ nhất định của PLC được thiết lập ở Tag Managerment
2.9.3 Các chức năng của wincc
Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, người dùng có thể lựa chọn các gói khác nhau trong WinCC, với nhiều tùy chọn sản phẩm Các gói cơ bản của WinCC được phân chia thành hai loại chính.
Gói Wincc Runtime (RT) cung cấp các chức năng cần thiết để vận hành các ứng dụng Wincc, bao gồm hiển thị, điều khiển, thông báo trạng thái và giá trị điều khiển, cũng như thực hiện các báo cáo.
-Wincc Complete Package (RC): bao gồm bản quyền để xây dựng cấu hình hệ thống và bản quyền chạy ứng dụng
WinCC không chỉ cung cấp các gói phần mềm cơ bản mà còn có các Modul nâng cao (WinCC Options) cho những ứng dụng phức tạp hơn và các Modul mở rộng đặc biệt (WinCC Add-on) để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng.
Soạn thảo Alarm Logging đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ
Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ quá trình sản xuất, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng
Alarm Logging giúp xác định nguyên nhân lỗi, phát hiện sự cố và cung cấp thông báo về tình trạng hệ thống thông qua các ghi chép hệ thống hay nhật ký sự kiện Nhờ vào ứng dụng Alarm Logging của WinCC, người vận hành có thể quản lý hệ thống một cách đáng tin cậy.
-Hiển thị các thông tin về trạng thái hiện hành của hệ thống
Các thông báo cung cấp thông tin về thời gian khi hệ thống xác định điều kiện phát sinh thông báo, bao gồm bit xác định thời gian thiết lập và các thông tin cần thiết kèm theo.
