Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Hoàng Duy Khang

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
............................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Trang 2


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Hoàng Duy Khang

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

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

1.2

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


2.1

Giới thiệu chung. ..........................................................................................18
Trang 3


Đồ án tốt nghiệp
2.2

GVHD: Hoàng Duy Khang

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

2.2.1 Giới thiệu. ..............................................................................................19
2.2.2 Phân loại. ..............................................................................................19
2.2.3 Cấu tạo chung của trạm trộn bê tông xi măng. .....................................19
2.2.4 Nguyên lý hoạt động. .............................................................................23
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC
TIA – PORTAL V13. ................................................................................................24
3.1

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

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


GVHD: Hoàng Duy Khang

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

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

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

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

4.6

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

4.7

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

5.2.3 Giới thiệu khối hàm FC. ........................................................................64
5.2.4 Lập trình PLC – S7 1200. ......................................................................64
5.2.5 Các FC mô phỏng và cảnh báo. ............................................................86
5.3

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

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

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

6.2

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

6.3

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

6.3.1 Khu vực điều khiển. .............................................................................106
6.3.2 Khu vực mô phỏng quá trình. ..............................................................108
6.3.3 Khu vực thông báo, cảnh báo nếu có lỗi xảy ra. .................................108
6.3.4 Chạy thử. .............................................................................................108
6.4


GVHD: Hoàng Duy Khang

DANH MỤC BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG
Bảng 1. 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích. ...................................14
Bảng 1. 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông. ............................16
Bảng 1. 3 Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo từng mức nhiệt độ. 17
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
Bảng 2. 1 Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu. ..................................................20
Bảng 2. 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu. ..............................................20
Bảng 2. 3 Các phương pháp định lượng. .......................................................21
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC
TIA – PORTAL V13.
Bảng 3. 1 Một số loại PLC thông dụng. ........................................................24
Bảng 3. 2 Một số CPU S7 - 1200. ..................................................................28
Bảng 3. 3 Phân vùng bộ nhớ. .........................................................................29
Bảng 3. 4 Tập lệnh xử lý bít. ..........................................................................30
Bảng 3. 5 Tập lệnh Timer, Counter. ..............................................................30
Bảng 3. 6 Tập lệnh toán học. .........................................................................31
Bảng 3. 7 Tập lệnh di chuyển. .......................................................................32
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY.
Bảng 4. 1 Tính chọn khởi động mềm hãng ABB...........................................41
Bảng 4. 2 Bảng địa chỉ sơ đồ đấu dây. ...........................................................49
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT.
Bảng 5. 1 Bảng địa chỉ tín hiệu từ loadcell. ...................................................57
Bảng 5. 2 Bảng địa chỉ tín hiệu input. ............................................................57
Bảng 5. 3 Bảng địa chỉ tín hiệu output. ..........................................................58
Bảng 5. 4 Bảng địa chỉ các biến phụ. .............................................................59
Bảng 5. 5 Bảng địa chỉ các biến phụ mô phỏng chuyển động. ......................61

Hình 4. 3 Sơ đồ đấu dây. ................................................................................48
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT.
Hình 5. 1 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông tự động. ...........................51
Hình 5. 2 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông bằng tay. ..........................52
Hình 5. 3 Sơ đồ khối quá trình cân đá. ..........................................................52
Hình 5. 4 Sơ đồ khối quá trình cân cát. ..........................................................53
Hình 5. 5 Sơ đồ khối quá trình cân nước. ......................................................53
Trang 9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Hoàng Duy Khang

Hình 5. 6 Sơ đồ khối quá trình cân xi măng. .................................................54
Hình 5. 7 Sơ đồ khối quá trình cân phụ gia. ..................................................54
Hình 5. 8 Sơ đồ khối hoạt động của băng tải. ................................................55
Hình 5. 9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn. ............................................56
Hình 5. 10 Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông. ...................................57
Hình 5. 11 Tổng quan phần cứng. ..................................................................62
Hình 5. 12 PLC S7 – 1200 AC/DC/RL. .........................................................62
Hình 5. 13 Module mở rộng analog. ..............................................................63
Hình 5. 14 Module mở rộng đầu vào ra. ........................................................63
Hình 5. 15 Module mở rộng đầu vào. ............................................................64
Hình 5. 16 Cấu hình thiết bị. ..........................................................................96
Hình 5. 17 Kết nối PLC và Máy tính. ............................................................96
Hình 5. 18 Thiết kế giao diện màn hình chính. ..............................................97
Hình 5. 19 Thiết kế giao diện màn hình ở chế độ tự động. ............................97
Hình 5. 20 Thiết kế giao diện màn hình ở chế độ bằng tay. ..........................98
Hình 5. 21 Màn hình cảnh báo hoàn thành quá trình trộn. ............................98

Hình 6. 17 Thực hiện quá trình trộn khô......................................................110
Hình 6. 18 Thực hiện quá trình trộn ướt. .....................................................111
Hình 6. 19 Thực hiện quá trình xả bê tông. .................................................111
Hình 6. 20 Hoàn thành quá trình trộn. .........................................................112
Hình 6. 21 Nút nhấn điều khiển trong chế độ bằng tay. ..............................112
Hình 6. 22 Mô phỏng quá trình trộn điều khiển bằng tay. ...........................113
Hình 6. 23 Start Hand. .................................................................................113
Hình 6. 24 Cân cốt liệu. ...............................................................................114
Hình 6. 25 Cân đủ khối lượng. .....................................................................114
Hình 6. 26 Bật băng tải và thùng trộn chạy. ................................................115
Hình 6. 27 Xả nguyên liệu vào thùng trộn. ..................................................115
Hình 6. 28 Xả bê tông vào xe chở. ...............................................................116

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Hoàng Duy Khang

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

khối lượng của nước và các chất phụ gia.
Hỗn hợp vật liệu được nhào trộn tạo nên hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông
phải có độ dẻo nhất định, phù hợp với mục đích sử dụng. Có nhiều loại bê tông tùy
thuộc vào thành phần của hỗn hợp. Tỉ lệ mỗi thành phần cát, đá, xi măng,… khác
nhau sẽ tạo ra những loại bê tông khác nhau. Để phân biệt các loại bê tông, người ta
sử dụng khái niệm “mác bê tông”.

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

1.3 Phân loại bê tông.
1.3.1 Theo cường độ.
-


Bê tông
đặc biệt

> 2.5

nặng
Bê tông
nặng

1.8 – 2.5

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

Bê tông
nhẹ

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

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

Bê tông
đặc biệt

thành phần tạp chất, thành phần hạt… Trong thành phần của bê tông, cát chiếm
khoảng 29%.

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

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

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

1.5 Tính chất đặc thù của bê tông.
1.5.1 Cường độ của bê tông.
Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực tác động
từ bên ngoài mà không bị phá hoại.
Trang 15


Đồ án tốt nghiệp


bê tông tăng không đáng kể.
Bảng 1. 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông.

Mác (M)

Xi măng (Kg)

Cát (m3)

Đá (m3)

Nước (lít)

150

244

0.498

0.856

195

200

293

0.479

0.846


200

400

465

0.419

0.819

186

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Hoàng Duy Khang

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


45

60

95

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Hoàng Duy Khang

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

Hình 2. 1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng.

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

Hình 2. 2 Trạm trộn bê tông xi măng.


-

Lắp đặt sửa chữa đơn giản.

-

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

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

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

-

Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu.
Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng, tuy nhiên nhìn chung đều bao

gồm các cụm và thiết bị sau:
-

Cụm cấp nguyên liệu.

-

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

-


Vật liệu (cát, đá) được tập kết

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

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

Cấp liệu cho máy trộn được liên

mà không qua thiết bị vận chuyển tục.

Ưu
điểm

Vật liệu ở bãi chứa không cần

trung gian.

Diện tích mặt bằng cho toàn phải vun cao và không cần phải có
trạm không lớn lắm.

tấm cách vật liệu.

Vật liệu ở bãi chứa phải được

Dùng xi lô

Xi măng từ bao bì nhỏ đổ

Xi măng rời được vận chuyển bằng

Nguyên vào phễu được băng gầu vận khí nén vào xi lô sau đó được vít tải vận
lý
chuyển đổ vào xi lô nhỏ vào
Trang 20


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Hoàng Duy Khang

thiết bị định lượng, sau đó chuyển đổ vào thiết bị định lượng trước
được xả vào thùng trộn.

khi vào thùng trộn.

Có thể cấp xi măng cho
trạm với khối lượng nhỏ.

Ưu

Không gây ô nhiễm môi trường.
Tiết kiệm được chi phí vận chuyển do

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

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

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

với thể tích vật liệu cho một mẻ hiệu nhận từ cảm biến được xử lý bởi
máy tính sau đó kết quả được hiển thị

trộn.

trên bộ chỉ thị. Ở đây cát, đá, nước, phụ
gia và xi măng được định lượng độc
lập.

Ưu
điểm
Nhược
điểm

Kết cấu đơn giản, giá thành
rẻ.

Định lượng vật liệu có độ chính xác
cao.

Định lượng thành phần cốt

Kết cấu phức tạp, giá thành cao.

-

Cấp nguồn cho trạm trộn.

-

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

-

Cảnh báo sự cố, báo lỗi.

-

Dừng khi có lỗi…

-

Hệ thống điều khiển khí nén thủy lực.

-

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

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

Hình 2. 3 Kết cấu thép.


Programmable Controller, viết tắt là PC, sau này khi máy tính cá nhân PC (Personal
Computer) trở nên phổ biến từ viết tắt PLC hay được dùng hơn để tránh nhầm lẫn.

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

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

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

Hãng Omron

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

Hãng Mitsubishi

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

Hãng Delta

-

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

-

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

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

Hình 3. 1 Sơ đồ khối PLC

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

Trang 25