TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN 2
Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tơng
NGUYỄN TUẤN HỒNG


PHẠM THANH TƠNG


Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Chun ngành Tự động hóa cơng nghiệp

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Nguyễn Huy Phương
Chữ ký của GVHD

Bộ mơn:
Viện:

Tự động hóa cơng nghiệp
Điện

i


HÀ NỘI, 2/2022
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN 2
Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông

Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên

ii


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN .......................................................................... 7
1.1

Giới thiệu chung ....................................................................................................... 7

1.2

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông ............................................ 7
1.2.1

Cấu tạo ....................................................................................................... 7

1.2.2

Quá trình chuẩn bị ..................................................................................... 8

1.3

Máy trộn ................................................................................................................... 9

1.4

Thành phần vật liệu trộn bê tông ............................................................................ 10


1.5

1.4.1

Xi măng ................................................................................................... 10

1.4.2

Cát............................................................................................................ 10

1.4.3

Đá dăm..................................................................................................... 10

1.4.4

Nước ........................................................................................................ 10

1.4.5

Phụ gia ..................................................................................................... 11

Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tông .......................................................... 11

CHƯƠNG 2. YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG .. 13
2.1

Yêu cầu công nghệ của cối trộn ............................................................................. 13


2.2

Yêu cầu nghệ của xe skíp kéo liệu ........................................................................ 13

2.3

u cầu cơng nghệ của vít tải đứng ....................................................................... 14

2.4

u cầu cơng nghệ của vít tải xiên ......................................................................... 14

2.5

u cầu cơng nghệ của máy nén khí ...................................................................... 14

2.6

u cầu cơng nghệ của bơm nước ......................................................................... 14

CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU PLC MITSUBISHI, NGÔN NGỮ LADDER VÀ PHẦN
MỀM LẬP TRÌNH GX WORK3 .................................................................................... 16
3.1
Giới thiệu chung về bộ điều khiển logic khả trình (PLC – Programmable Logic
Controller) .......................................................................................................................... 16
3.2

Tổng quan về PLC Mitsubishi họ FX5U ................................................................ 17

3.3


Định nghĩa chương trình ......................................................................................... 19

3.4

Ngơn ngữ lập trình Ladder (ngơn ngữ bậc thang) .................................................. 20

3.5

Kỹ tḥt lập trình điều khiển trình tự cho trạm trộn bê tơng. ................................. 21
3.5.1
Xây dựng sơ đồ phối hợp thao tác công nghệ của hệ thống điều khiển trạm
trộn bê tông ................................................................................................................. 21
iii


3.6

3.5.2

Lập sơ đồ khối điều khiển trình tự .......................................................... 22

3.5.3

Chuẩn bị phần cứng và đặc tả tham số vào/ra ......................................... 23

3.5.4

Lập trình .................................................................................................. 23


3.5.5

Chạy thử và hồn chỉnh chương trình. .................................................... 23

Phần mềm GX WORK3 ......................................................................................... 23

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ...................................... 25
4.1

Sơ đồ cơng nghệ ..................................................................................................... 25

4.2

Thiết kế điều khiển dùng phương pháp Grapcet .................................................... 25

4.3

4.2.1

Xây dựng Grafcet I .................................................................................. 26

4.2.2

Xây dựng Grafcet II................................................................................. 26

4.2.3

Hàm điều khiển........................................................................................ 27

4.2.4


Sơ đồ role tiếp điểm ................................................................................ 28

Thiết kế điều khiển dùng PLC ................................................................................ 30
4.3.1

Chương trình Ladder ............................................................................... 30

4.3.2

Lựa chọn PLC cho mơ hình thiết kế điều khiển trạm trộn bê tơng ......... 31

4.3.3

Chương trình Ladder ............................................................................... 32

4.3.4

Chương trình Ladder trong GX WORK3 ................................................ 32

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tổng quan trạm trộn bê tơng ................................................................................. 7
Hình 3.1 Sơ đồ hệ điều khiển logic dùng PLC ................................................................... 17
Hình 3.2 Tổng quan về họ PLC FX5U ............................................................................... 17
Hình 3.3 Các dạng lập trình cơ bản cho PLC Mitsubishi ................................................... 19
Hình 3.4 Ngơn ngữ lập trình Ladder .................................................................................. 20
Hình 3.5 Giao diện chọn thiết bị của GX WORK3 ............................................................ 24

Hình 3.6 Giao diện lập trình của GX WORK3 .................................................................. 24
Hình 4.1 Mơ hình cơng nghệ trộn bê tơng.......................................................................... 25
Hình 4.2 Grafcet I ............................................................................................................... 26
Hình 4.3 Grafcet II.............................................................................................................. 27
Hình 4.4 Sơ đồ role tiếp điểm............................................................................................. 29
Hình 4.5 PLC FX5U 32MR-ES.......................................................................................... 31
Hình 4.6 Chương trình Ladder ........................................................................................... 32

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng định mức cấp phối mác bê tông 150, 200, 250 theo Bộ xây dựng ............ 12
Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật chung ............................................................................. 18
Bảng 3.2 Diễn biến quá trình hoạt động trình tự của trạm trộn bê tông tự động ............... 22
Bảng 4.1 Phân cổng vào ra cho PLC .................................................................................. 30

vi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN
1.1 Giới thiệu chung
Trạm trộn bê tông được chế tạo nhằm sản xuất ra bê tông với chất lượng tốt và đáp
ứng nhanh nhu cầu về bê tông trong xây dựng. Trạm trộn bê tơng là hệ thống máy móc có
mức độ tự động hóa cao thường được sử dụng phục vụ cho các cơng trình vừa và lớn hay
cho một khu vực có nhiều cơng trình đang xây dựng.

Hình 1.1 Tổng quan trạm trộn bê tông

Trước đây khi khoa học kĩ thuật chưa phát triển, máy móc cịn nhiều lạc hậu thì việc

có được một khối lượng bê tông lớn chất lượng tốt là điều rất khó khăn .
Chính vì vậy để thiết kế những dây chuyền bê tông tự động là điều cần thiết cho mỗi
công trường cũng như ngành xây dựng trong nước.
Vì những lý do trên cùng mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu, áp dụng các
giải pháp tự động hóa tiên tiến vào ngành xây dựng tại Việt Nam, chúng em quyết định
thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông”.
1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông
1.2.1 Cấu tạo
1.2.1.1. Bãi chứa cốt liệu:
Từ bãi chứa cốt liệu cát và đá. Vật liệu được đưa xuống 3 băng tải riêng biệt
chờ để tiến hành cân.
1.2.1.2. Bộ phận định lượng:
Phân phối liệu gồm 3 phễu: hai phễu đá và một phễu cát, định lượng có 3 quả
cân điện tử (3 cảm biến trọng lượng). Việc đóng, mở các phễu được điều khiển bằng
các xi lanh khí nén riêng biệt. Phía dưới các phễu là một thùng đáy được mở nhờ
7


một xi lanh khí nén lần lượt các cửa xả xuống thùng cân, sau khi cân xong thì thùng
liệu được trút xuống phễu trộn chung.
1.2.1.3. Chuyển xi măng lên xi lô:
Xi măng được đưa lên xi lô chứa bằng cách bơm xi măng từ xe chở xi măng
chuyên dụng lên xi lô.
Xi măng được đưa lên miệng xi lô nhờ trục vít xoắn hướng trục với xi lơ
chứa. Từ miệng xi lô chứa xi măng được vận chuyển tới cân định lượng rồi xả vào
thùng trộn.
1.2.1.4. Xe kíp
Dùng để vận chuyển cốt liệu từ 3 phễu riêng biệt lên các thùng cân.
1.2.2 Quá trình chuẩn bị
Từ các nguyên vật liệu xây dựng để sản xuất ra sản phẩm cuối cùng là bê tông

ta cần thực hiện các công việc như sau:
Cốt liệu được để riêng biệt ở bãi chứa cốt liệu. Cốt liệu được máy xúc lật đưa
lên đầy các thùng phễu riêng rẽ, chờ xả xuống băng tải để vận chuyển lên các thùng
cân cốt liệu, xi măng được đưa lên xi lô chứa xi măng trên cao. Nước được bơm lên
đầy các thùng chứa để chờ cân định lượng.
1.2.2.5. Kiểm tra các điều kiện làm việc[
Để bắt đầu một q trình hoạt động mới, tránh trường hợp có q trình hoạt
động trước đó (chẳng hạn như sự cố). Trong thùng cân nước, cân phụ gia, cân xi
măng, thùng trộn vẫn chưa xả hết nguyên liệu. Tại bàn điều khiển người vận hành
ấn nút Reset để:
• Mở cửa xả bê tơng
• 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.
Lúc này mới cho phép hệ thống làm việc .
Sau khi quá trình chuẩn bị xong. Từ máy tính người vận hành nhập các thông
số của mác bê tông như: khối lượng cát, đá1, đá2, xi măng, nước, phụ gia, số mẻ và
các dữ liệu quản lý hành chính như tên lái xe, biển số xe, ngày, 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
1.2.2.6. Chế độ điều khiển tự động
Ở chế độ điều khiển tự động người vận hành chỉ cần nhấn nút Start trên bàn
điều khiển. Động cơ trộn bê tông cho chạy ở chế độ không tải. Máy sẽ tự động cân
đo các khối lượng nguyên vật liệu, ở đây thực hiện phương pháp cân riêng lẻ.
8



Mở van xả cát, cát được xả xuống băng tải để đưa lên thùng cân. Đồng thời
đá cũng xả để đưa lên thùng cân.
Trong quá trình cân cốt liệu đồng thời cân luôn xi măng ,nước và phụ gia. Xi
măng từ xi lơ chứa đưa vào thùng cân nhờ vít tải, khi khối lượng xi măng bằng khối
lượng đặt thì dừng động cơ vít tải. Nước, phụ gia được bơm lên đưa vào thùng cân cho
đến khi bằng khối lượng đặt thì dừng động cơ bơm nước và phụ gia.
Khi điều kiện thùng trộn “rỗng’, cửa xả thùng trộn “đóng”, thì cốt liệu và xi
măng được đưa đổ vào thùng trộn bê tơng bắt đầu q trình trộn khơ. Sau thời gian
trộn khơ là 30s thì xả nước và phụ gia vào trộn, bắt đầu thời gian trộn ướt là 30s
(Thời gian trộn một mẻ khoảng 60s) thì cửa xả thùng trộn mở ra, bê tông được xả
vào xe chuyên dụng. Sau thời gian xả khoảng 10s, đóng cửa xả bê tông lại. Kết thúc
một mẻ trộn.
Để chuẩn bị cho một mẻ trộn mới thì trong quá trình trộn bê tông và sau khi
xả nguyên liệu: cát, đá, nước, xi măng và phụ gia tiếp tục được vận chuyển lên thùng
cân nghĩa là:
Khi số mẻ trộn chưa bằng số mẻ đặt thì sau khi xả cốt liệu và xi măng xong sẽ
tiếp tục quay lại thực hiện cân cốt liệu và xi măng. Khi xả nước và phụ gia xong cũng
tự động quay lại cân nước, phụ gia. Khi cân đủ thì dừng lại chờ mẻ tiếp theo.
Khi số mẻ bằng số mẻ đặt thì dừng hết quá trình cân lại.
1.2.2.7. Chế độ điều khiển bằng tay
Ở chế độ điều khiển bằng tay,người vận hành gạt công tắc cân vật liệu xuống
OFF, quan sát số liệu cân bằng thiết bị hiển thị trên bàn điều khiển hoặc quan sát
trên màn hình phần mềm.
Nhấn nút chạy động cơ trộn.
Đưa tay gạt sang chế độ hoạt động bằng tay, gạt chuyển mạch đóng mở cửa
xả sang vị trí “Stop”, khi cần điểu khiển, gạt chuyển mạch sang vị trí đóng hoặc mở
cửa xả để đóng, mở cửa xả.
Nhấn nút cấp cát,đá, đồng thời cấp luôn xi măng, nước, phụ gia. Người vận
hành theo dõi số cân hiển thị trên máy tính, khi đủ nhấn vào một lần nữa các nút để
dừng quá trình cấp.. Khi cốt liệu đã được cấp đủ đưa chúng vào thùng trộn. Lúc này

nhấn nút xả cốt liệu đồng thời nhấn nút xả xi măng. Do động cơ trộn ln chạy trong
q trình hoạt động nên sau khi xả xong cốt liệu, xi măng coi như máy đang trôn
bê tông khô, thời gian trộn ướt được bắt đầu tính khi xả nước và phụ gia. Sau khi
trộn ướt mẻ bê tông đã được hoàn thành, người vận hành chỉ việc nhấn nút xả bê
tơng.
Khơng để chuyển mạch đóng mở cửa xả ở vị trí “tự động” vì khi đó có thể bê
tơng sẽ bị xả theo chế độ tự động trong khi chưa cân đủ nước hoặc đủ xi măng.
1.3 Máy trộn
Nhìn chung các máy trộn bê tơng có nhiều loại và có tính năng khác nhau nhưng cấu
tạo chung của chúng đều có các bộ phận:
9


-

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 cấp nước.

1.4 Thành phần vật liệu trộn bê tông
Để kết cấu được bê tông nhất thiết cần có các nguyên liệu sau:
1.4.1 Xi măng
Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng xen giữa các hạt cốt liệu,
đồng thời tạo ra tính linh động của bê tông (được đo bằng độ sụt nón) Mác của xi
măng được chọn phải lớn hơn mác của bê tông cần sản xuất, sự phân bố giữa các hạt
cốt liệu và tính chất của nó ảnh hưởng lớn đến cường độ của bêtơng. Bình thường
hồ xi măng lấp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau một chút
(với cự li bằng 243 lần đường kính hạt xi măng).

Trong trường hợp này phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của
bê tông khá cao và yêu cầu cốt liệu cao hơn cường độ bê tông khoảng 1,5 lần. Khi
bê tông chưá lượng hồ xi măng lớn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức
chúng hầu như khơng có tác dụng tương hỗ nhau. Khi đó cường độ của đá, xi măng
và cường độ của vùng tiếp xúc đóng vai trị qút định đến cường độ bê tông nên
yêu cầu cốt liệu thấp hơn .
Tuỳ yêu cầu của loại bê tơng có thể dùng các loại xi măng khác nhau, có thể
dùng xi măng pơ lăng, xi măng pô lăng bền sunfat, xi măng pôlăng xủ, xi măng
puzolan và các chất kết dính khác để thoả mãn yêu cầu của chương trình.
1.4.2 Cát
Cát để làm bê tơng 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 tốn hợp lý, nếu nhiều cát q thì tốn xi măng khơng kinh tế và ít cát q
thì cường độ bê tơng giảm.
1.4.3 Đá dăm
Sỏi có mặt trịn, nhẵn, độ rộng và diện tích mặt ngo nhỏ nên cần ít nước,
tốn xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên
cường độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm. Ngược lại đá dăm được đập vỡ có
nhiều góc cạnh, diện tích mặt ngoài lớn và khơng nhẵn nên lực dính bám với vữa xi
măng lớn tạo ra được bê tơng có cường độ cao hơn. Tuy nhiên mác của xi măng đá dăm
phải cao hơn hay bằng mác của bê tông tạo ra hay bê tông cần sản xuất.
1.4.4 Nước
Nước để trộn bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn vệ sinh buồng máy, bảo dưỡng
bê tông) phải đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và thời gian rắn
10


chắc của xi măng và khơng ăn mịn thép. Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được
.

Lượng nước nhào trộn là ́u tố quan trọng qút định tính cơng tác của hỗn
hợp bê tông. Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng
và lượng nước do cốt liệu. Lượng nước trong bê tông xác định tính chất của hỗn hợp
bê tơng. Khi lượng nước quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử nước chỉ hấp thụ
trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp, lượng nước tăng đến
một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nước trên mặt vật rắn dày thêm,
nội ma sát giảm xuống, độ lưu động tăng thêm, lượng nước ứng với lúc bê tơng có
độ lưu động lớn nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp.
Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong
nước bẩn nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong một lít nước.
Tuy nhiên cường độ bê tông sẽ giảm và không được sử dụng trong bê tông cốt thép.
1.4.5 Phụ gia
Phụ gia là các chất vơ cơ hoặc hố học khi cho vào bê tơng sẽ cải thiện tính chất
của hỗn hợp bê tơng hoặc bê tơng cốt thép. Có nhiều loại phụ gia cho bê tơng để cải
thiện tính dẻo, cường độ, thời gian rắn chắc hoặc tăng độ chống thấm.
Thông thường phụ gia sử dụng có hai loại: Loại rắn nhanh và loại hoạtđộng
bề mặt.
Phụ gia rắn nhanh thường là loại muối gốc (CaCl2) hay muối Silic. Do là chất
xúc tác và tăng nhanh q trình thuỷ hố của C3S và C2S mà phụ gia CaCl2 có khả
năng rút ngắn q trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên mà không làm
giảm cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày.
Hiện nay người ta sử dụng loại phụ gia đa chức năng, đó là hỗn hợp của phụ
gia rắn nhanh và phụ gia hoạt động bề mặt hoặc các phụ gia tăng độ bền nước.
Thành phần vật liệu của bê tông đóng vai trị qút định đến chất lượng hay
qút định đến cường độ chịu lực cũng như mác của bê tông.Từ thực nghiệm người
ta đã xác định được mác của bê ông ứng với từng loại vật liệu nhất định với một tỉ
lệ xác định, ngược lại từ mác của bê tông người ta dễ dàng tra được tỉ lệ thành phần
trong bê tông.
1.5 Tỷ lệ pha trộn các thành phần trong bê tơng
Khái niệm mác bê tơng: Khi nói đến mác bê tơng là nói đến khả năng chịu nén của

mẫu bê tông. Theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN
4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tơng 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 tơng 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).

11


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 tơng 200 chính là nói tới ứng śt nén phá hủy của mẫu bê tơng 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 tốn của bê tơng mác 200 chỉ là 90 kG/cm² (được lấy
để tính tốn thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất).
Ngày nay người ta có thể chế tạo bê tơng có cường độ rất cao lên đến 1000 kg/cm².
Độ sụt bê tông : Độ sụt hay độ lưu động của vữa bê tông, dùng để đánh giá khả năng
dể chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động
Thành phần định mức cấp phối vật liệu cho 1 m3 bê tông.
Bảng 1.1 Bảng định mức cấp phối mác bê tông 150, 200, 250 theo Bộ xây dựng

STT

Xi măng

Cát


Đá

Nước

(kg)

(𝐦𝟑 )

(𝐦𝟑 )

(Lit)

Mác bê tông

1

150

288.02

0.5

0,913

185

2

200


350.55

0,48

0.9

185

3

250

415.12

0.46

0,88

185

12


CHƯƠNG 2. YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ TRẠM TRỘN BÊ TƠNG
2.1 u cầu cơng nghệ của cối trộn
Khi động cơ trộn quay, qua hộp giảm tốc nó kéo trục trính cối trộn quay. Trên trục
chính có gắn các cánh trộn, các cánh trộn quay trong cối trộn sẽ đảo đều vật liệu trong cối
trộn. Thời gian trộn có thể kéo dài từ 30 đến 60 giây tuỳ theo người vận hành đặt
Yêu cầu chiều quay cánh trộn
• Đây là chuyển động quay theo một chiều,

• Khơng cần ổn định tốc độ
• Mơmen quay lớn
• Làm việc liên tục trong cả ca sản xuất
Yêu cầu đối với động cơ kéo cánh trộn
• Làm việc trong chế độ dài hạn
• Khơng cần ổn định tốc độ
• Động cơ trộn có các thông số : P =22 KW , n = 1000 v/ph
Yêu cầu điều khiển :
Khi khởi động trạm trộn, động cơ trộn hoạt động đầu tiên, ta phải chắc chắn
các thiết bị khác trong trạm sẵn sàng hoạt động, các cửa xả sẵn sàng( khí nén đủ ),
nguyên vật liệu đủ, se skíp ở vị trí hứng liệu, cửa xả bê tơng ở vị trí đóng, nguồn
điện cấp cho các thiết bị khác đã có đủ, các yêu cầu về mác bê tông, số lượng bê
tông cần trộn rõ ràng.
2.2 Yêu cầu nghệ của xe skíp kéo liệu
Cấu tạo là một thùng rỗng có miệng đễ hứng cốt liệu , có cửa xả cốt liệu, di chuyển
lên- xuống trên 2 thanh ray và được một tời kéo liệu kéo
Hoạt động: ở đầu chu kỳ hoạy động xe skíp nằm ở vị trí chờ cốt liệu từ bong ke rơi
xuống, khi khối lượng vật liệu đã đủ nó được tời kéo liệu kéo lên vị trí đổ cốt liệu vào cối
trộn nếu lúc đó cửa xả bê tơng đã đóng, động cơ trộn còn đang làm việc và số mẻ trộn cịn
tiếp tục. Nếu trong q trình kéo lên tói gần vị trí đổ cốt liệu mà chu kì trộn của mẻ trước
chưa kết thúc ( Trong cối trộn vật liệu vẫn cịn, bê tơng chưa xả hết hoạc cửa xả chưa đóng
lại ) thì xe skíp phải dừng lại cho đén khi chu kì hoạt động của mẻ trước kết thúc mới được
phép đi lên đổ cốt liệu vào cối trộn. Sau khi đổ hết cốt liệu nó laị đi xuống vị trí chờ đổ cốt
liệu
u cầu chuyển động:
• Dừng khi: Đợi xả cốt liệu từ bong ke, chờ kết thúc chu kì trộn của mẻ trước, chờ
đổ hết cốt liệu cào cối trộn.
• Đi lên khi: Khơng có lệnh dừng để đợi, trọng lượng cốt liệu trong thùng đã đủ.
• Đi xuống khi: Đã đổ hết cốt liệu vào cối trộn.
Yêu cầu về động cơ

• Làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
• Có đảo chiều quay
13


• Khởi động trong chế độ đầy tải
• Không cần ổn định tốc độ trong xuốt q trình làm việc
• Động cơ có P = 7,5 KW, n = 1450 v/ph
2.3 u cầu cơng nghệ của vít tải đứng
Cấu tạo: Gồm một trục vít vơ tận lằm trong một ống bằng kim loại. Nó được kéo quay
bằng động cơ KĐB. Khi quay nó kéo vật liệu kằm trong các khoang trống đi theo. Vít tải
đứng chỉ làm việc khi ta cấp xi măng cho silơ chứa
u cầu về chuyển động
• Khơng đảo chiều quay
• Khơng ổn định tốc độ
• Chỉ hoạt động khi cấp xi măng lên silơ chứa
• Hoạt động trong chế độ dài hạn
Yêu cầu về động cơ
• Động cơ có cơng śt P = 7,5 KW, n = 1450 vịng / phút
• Hoạt động ở chế độ dài hạn
• Khơng đảo chiều quay
• Khơng ổn định tốc độ trong q trình làm việc
2.4 u cầu cơng nghệ của vít tải xiên
Cấu tạo giống vít tải đứng
Hoạt động: Khi có lệnh điều khiển, động cơ quay kéo vít tải quay, nó xẽ đưa dần xi
măng lên thùng cân. Đây là chuyển động không đảo chiều quay, không cần ổn định tốc độ,
dừng chính sác
Yêu cầu đối với động cơ kéo vít tải xiên
• Động cơ có cơng śt P =11 Kw, n= 1450 v/ph
• Hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại

• Khơng đảo chiều quay
• Khơng ổn định tốc độ trong quá trình làm việc
2.5 Yêu cầu cơng nghệ của máy nén khí
Máy nén khí tạo ra nguồn khí có áp śt cao cấp cho các pitơng đóng mở cửa xả cốt
liệu, xả nước, xả ximăng và bê tơng. Trong trạm trộn máy nén khí cịn phải làm việc trước
cả cối trộn . Máy sẽ tự dừng hoạt động khi áp suất trong bình đạt yêu cầu
u cầu về động cơ kéo máy nén khí
• Khơng ổn định tốc độ
• Chỉ quay theo một chiều
• Làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
• Động cơ có thơng số P = 2 KW, n = 1450 v/ph
2.6 Yêu cầu công nghệ của bơm nước
14


Bơm nước cấp nước từ bể chứa lên thùng cân nước. Đây là hoạt động khơng đảo chiều
quay và có dừng chính xác.
Yêu cầu về động cơ kéo máy bơm nước
• Khơng ổn định tốc độ
• Chỉ quay theo một chiều
• Làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
• Động cơ có thơng số P = 3 KW, n = 1450 v/ph

15


CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU PLC MITSUBISHI, NGÔN NGỮ LADDER VÀ PHẦN
MỀM LẬP TRÌNH GX WORK3
3.1 Giới thiệu chung về bộ điều khiển logic khả trình (PLC – Programmable Logic
Controller)

Bộ điều khiển logic khả trình PLC là thiết bị điện tử bán dẫn thực hiện các hàm điều
khiển logic bằng chương trình thay thế cho các mạch logic kiểu rơ le (tiếp điểm và phi tiếp
điểm).
Về bản chất, PLC là hệ vi xử lý được thiết kế tương tự máy tính số, với ngơn ngữ lập
trình riêng gần gũi với người xử dụng, được ứng dụng trong các bài toán điều khiển logic.
Hạt nhân của hệ là bộ vi xử lý thực hiện các phép tính số học và logic cùng với các thành
phần cấu thành hệ như bộ nhớ, các cổng vào / ra,...
Về phạm vi ứng dụng, PLC là thiết bị đặt tại dây chuyền sản xuất, tích hợp với các
thành phần của hệ thống điều khiển để thực hiện điều khiển trực tiếp cơng nghệ một q
trình kỹ thuật. PLC thường làm việc trong môi trườn rất khắc nghiệt (nhiệt độ cao, độ ẩm
lớn, thời gian hoạt động liên tục) và gắn liền với người vận hành trực tiếp thiết bị. Vì vậy,
PLC được thiết kế và chế tạo với các tiêu chuẩn đặc biệt về độ bền, tính module hóa cao,
ngơn ngữ lập trình phù hợp và thân thiện với trình độ người sử dụng
Về cơ bản, PLC là thiết bị điều khiển ở hiện trường sản xuất, sát các thiết bị và cơ cấu
chấp hành. Tuy nhiện hiện nay các họ PLC hiện đại được tích hợp các tính năng xử lý thơng
minh, quản lý dữ liệu và mở rộng các chức năng xử lý ngắt. Ngồi chức năng điều khiển,
PLC cịn đóng vai trị là khâu thu nhập và xử lý dữ liệu trong các hệ SCADA và là một nút
trong các hệ điều khiển phân tán (DCS). Vì vậy, với quan điểm hệ thống, PLC là thành
phần cơ bản cấu thành hệ điều khiển.
Như mọi thiết bị tính, PLC gồm phần cứng và phần mềm. Phần cứng là các thiết bị
vật lý cấu thành hệ gồm: nguồn cung cấp, CPU, module vào/ra và các thiết bị phụ trợ... Các
thiết bị vật lý được lắp ghép với nhau tạo thành một cấu hình vật lý của hệ thống. Phền
mềm bao gồm hệ điều hành và chương trình ứng dụng. Hệ điều hành do nhà sản xuất cung
cấp được cài sẵn trong bộ nhớ cảu PLC. Chương trình ứng dụng do người sử dụng lập bằng
ngơn ngữ lập trình của PLC để thực hiện một thuật toán (algorithm) điều khiển xác định.
Giữa phần cứng và phần mềm có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Một chương trình ứng dụng
chỉ được thiết lập trên cơ sở một cấu hình vật lý cụ thể. Ngược lại, một hệ thống chỉ có thể
thực hiện được đúng tḥt tốn điều khiển nếu chương trình đó được thiết kế phù hợp với
cấu hình của nó.


16


Hình 3.1 Sơ đồ hệ điều khiển logic dùng PLC

3.2 Tổng quan về PLC Mitsubishi họ FX5U
Dòng FX5U là thế hệ mới nhất của dịng PLC Mitsubishi. Chúng được tích hợp nhiều
chức năng hơn dịng FX3U trước đấy.

Hình 3.2 Tổng quan về họ PLC FX5U

17


Thông số kỹ thuật chung của PLC Mitsubishi FX5U
Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật chung

Control Scale

Từ 32 đến 256 điểm; tối đa 512 điểm bao gồm cả CC – Link,
Any WireALINK

Program memory

64000 bước (step)

Có khe cắm SD card

Tối đa 4GB


Cổng Ethernet có sẵn

+ Kết nối trực tiếp với các PLC khác
+ Ghi/Đọc chương trình dùng GX Work3 qua cổng VPN
+ Ghi/Đọc các dữ liệu (data) từ PLC

Cổng RS–485 có sẵn

+ Thích ứng cả hai chuẩn RS–485 và RS-422
+ Ứng dụng cho truyền thông với biến tần (chiều dài lớn nhất
50m, tối đa nối được 16 thiết bị
+ Truyền thông kiểu MODBUS cho phép kết nối với 32 thiết
bị bao gồm các PLC khác, các cảm biến, các bộ điều chỉnh
nhiệt độ

I/O chức năng chuyên Điều khiển vị trí 4 trục với xung tần số 200kHz
dụng
Bộ đếm tốc độ cao: tối đa 8 kênh với xung đầu vào 200kHz
Đầu ra

Kiểu rơ – le và transistor

Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển PLC có tính năng như một
máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, một bộ nhớ để lưu giữ
chương trình, dữ liệu và tất nhiên phải có cổng vào ra để giao tiếp với thiết bị điều khiển
và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài tốn
điều khiển số, PLC cịn có thêm các khối chức năng đặc biệt như: Bộ đếm, bộ thời gian và
những khối hàn chuyên dụng.
Phần cứng của một bộ điều khiển khả trình PLC được cấu tạo thành những module
cho thấy sơ đồ các modul phần cứng của một bộ PLC.

Bộ PLC FX5U có những Module sau:
18


• Khối I/O mở rộng dùng nguồn AC hoặc DC với 16 hoặc 32 I/O có cả đầu ra role
và transistor.
• Khối đầu vào mở rộng có loại 8/16 và 32 Inputs dùng nguồn 24VDC’
• Khối đầu ra mở rộng có loại 8/16 và 32 Outputs cả kiểu rơle và transistor (soucing
và sinking).
• Khối xung cao tốc (high speed pulse) với 8 đầu vào và 8 đầu ra.
• Khối vào tương tự (A/D) với các loại 4 kênh và 8 kênh được chế tạo kiểu điện
áp có các dải: 0-5V; 1-5V; 0-10V và dải (-10V đến +10V).
• Khối ra tương tự (D/A) với loại 4 kênh cũng kiểu điện áp có dải như khối đầu
vào tương tự
• Khối đầu vào kết nối trực tiếp với cảm biển nhiệt độ; có loại 4 kênh và 8 kênh.
Chủng loại sensor nhiệt độ từ -200oC đến 1200oC (Pt100; Ni100;… Căp nhiệt
ngẫu loại K,J,T,B,R,S…).
• Khối bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter): loại 2 kênh, tần số tối đa 200kHz.
• Khối chuyên dụng cho điều khiển chuyển động (Motion) 4 trục và 8 trục.
• Khối chun dụng điều khiển vị trí 1 trục và 2 trục (tần số 200kHz).
• Các khối mở rộng về truyền thơng loại:CC-LINK; Ethernet; MODBUS; Serial
communication.
• Các khối nguồn cung cấp 5VDC dịng tải xấp xỉ 1A.b) Lập trình cho PLC
Mitsubishi
3.3 Định nghĩa chương trình
Chương trình là một chuỗi các lệnh nối tiếp nhau được viết theo một ngôn ngữ mà
PLC có thể hiểu được. Có ba dạng chương trình: Instruction, Ladder và SFC/STL. Khơng
phải tất cả các cơng cụ lập trình đề có thể làm việc được cả ba dạng trên. Nói chung bộ lập
trình cầm tay chỉ làm việc được với dạng Instruction trong khi hầu hết các cơng cụ lập trình
đồ họa sẽ làm việc được ở cả dạng Instruction và Ladder. Các phần mềm chuyên dùng sẽ

cho phép làm việc ở dạng SFC.

Hình 3.3 Các dạng lập trình cơ bản cho PLC Mitsubishi

19


Có 6 thiết bị lập trình cơ bản. Mỗi thiết bị có cơng dụng riêng. Để dể dàng xác định
thì mỗi thiết bị được gán cho một kí tự:
X: dùng để chỉ ngõ vào vât lý gắn trực tiếp vào PLC
Y: dùng để chỉ ngõ ra nối trực tiếp từ PLC
T: dùng để xác định thiết bị định thì có trong PLC
C: dùng để xác định thiết bị đếm có trong PLC
M và S: dùng như là các cờ hoạt động bên trong PLC
Tất cả các thiết bị trên được gọi là “Thiết bị bit”, nghĩa là các thiết bị này có 2 trạng
thái: ON hoặc OFF, 1 hoặc 0.
Trong khn khổ của đồ án này, em xin được trình bày về 1 ngơn ngữ lập trình mà
em đã sử dụng để lập trình cho PLC Mitsubishi FX5U đó là Ladder.
3.4 Ngơn ngữ lập trình Ladder (ngơn ngữ bậc thang)
Ladder Logic (còn được gọi là sơ đồ bậc thang hoặc LD/LAD) là một ngơn ngữ lập
trình được sử dụng để lập trình PLC (Programmable Logic Controller). Nó là một ngơn ngữ
lập trình PLC đồ họa thể hiện các hoạt động logic với ký hiệu tượng trưng. Logic bậc thang
được tạo ra từ các nấc thang logic, tạo thành thứ trông giống như một cái thang – do đó có
tên là “Ladder Logic” hay “Ladder Diagram”.

Hình 3.4 Ngơn ngữ lập trình Ladder

Các thành phần trong Ladder
20



• Đường ray: có hai đường ray trong một sơ đồ bậc thang được vẽ thành các đường
thẳng đứng chạy dọc xuống phần cuối cùng của trang. Ở trong mạch rơ le, chúng
sẽ đại diện cho nguồn điện, nơi dòng điện đi từ phía bên trái sang bên tay phải.
• Rungs (nấc thang): các bậc thang được vẽ thành các đường ngang và nối các
đường ray với các biểu thức logic. Trong mạch rơle, chúng sẽ đại diện cho các
dây kết nối nguồn điện với các thành phần chuyển mạch (nút nhấn, cơng tắc,..)
và rơle.
• Đầu vào: là các tác động điều khiển bên ngoài chẳng hạn như nút nhấn đang được
nhấn hoặc cơng tắc hành trình được kích hoạt. Các đầu vào thực sự được nối
cứng với các đầu cuối PLC và được biểu diễn trong sơ đồ bậc thang bằng biểu
tượng tiếp điểm thường mở (NO) hoặc thường đóng (NC).
• Đầu ra: là các thiết bị bên ngoài được bật và tắt như động cơ điện hoặc van điện
từ. Các đầu ra cũng được nối cứng với các đầu cuối PLC và được biểu diễn trong
sơ đồ bậc thang bằng ký hiệu cuộn dây rơ le.
• Biểu thức Logic: được sử dụng kết hợp với các đầu vào và đầu ra để hình thành
các quá trình hoạt động điều khiển mong muốn.
• Ký hiệu địa chỉ & tên biến: ký hiệu địa chỉ mô tả cấu trúc, xác định địa chỉ trong
bộ nhớ biểu thức logic cho các đầu vào, đầu ra của PLC. Các tên biến là mơ tả
cho các địa chỉ được phân bổ.
• Nhận xét (chú thích, bình ḷn): thường được hiển thị ở đầu mỗi bậc thang và
được sử dụng để mô tả các biểu thức logic và quá trình hoạt động điều khiển mà
bậc thang hoặc các nhóm bậc thang đang thực hiện. Việc hiểu sơ đồ bậc thang
trở nên dễ dàng hơn rất nhiều bằng cách sử dụng các nhận xét.
3.5 Kỹ thuật lập trình điều khiển trình tự cho trạm trộn bê tơng.
Trong bài tốn điều khiển trình tự, để thực hiện có hệ thống các cơng việc điều khiển
và tránh tối đa thiếu sót, nhầm lẫn trong q trình thực hiện, người cán bộ kỹ thuật cần thực
hiện một số bước có tính chất kỹ tḥt sau:
3.5.1 Xây dựng sơ đồ phối hợp thao tác công nghệ của hệ thống điều khiển
trạm trộn bê tơng

Đây là cơng việc có u cầu tương tự như khi bắt tay vào thiết kế một máy
mới. Người thực hiện phải căn cứ vào yêu cầu hoạt động của hệ thống để từ đó hình
dung và phân tích trình tự các bước thao tác thật chi tiết của từng khâu chấp hành
hoặc từng bộ phận chấp hành của hệ thống cũng như sự phối hợp các hoạt động giữa
chúng.
Q trình phân tích và phối hợp các thao tác thường được thực hiện dưới dạng
một sơ đồ phối hợp. Sơ đồ được thực hiện dưới dạng các dải hình chữ nhật kế tiếp
nhau. Mỗi dải tượng trưng cho diễn biến theo thời gian quá trình hoạt động cảu một
khâu chấp hành hoặc một bộ phận chấp hành nhằm thực hiện một thao tác công nghệ
điều khiển tự động q trình trộn bê tơng.

21


Bảng 3.2 Diễn biến quá trình hoạt động trình tự của trạm trộn bê tông tự động

Tên gọi thao tác
Thời gian thực hiện các thao tác tính bằng giây
/ Thiết bị
5 10
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Định lượng đá/
→
cửa cấp liệu 1
Định lượng cát/
→
cửa cấp liệu 2
Định lượng xi
măng/ cửa cấp liệu →
3


Định lượng nước/
Bơm nước hoạt →
động
Định lượng phụ
gia/ Bơm phụ gia →
hoạt động
Chuyển cốt liệu
đá cát ximăng
Trộn khô / Động
cơ quay
Xả nước
Xả phụ gia
Trộn ướt
Đèn báo hiệu
Xả bê tông

→
→
→
→
→
→
→

Sơ đồ phối hợp các thao tác cơng nghệ cho phép người thiết kế hình dung tồn bộ
q trình hoạt động của hệ thống thiết bị bao gồm trình tự các thao tác và thời điểm bắt đầu
cũng như kết thúc thực hiện của từng thao tác.
3.5.2 Lập sơ đồ khối điều khiển trình tự
Căn cứ vào sự phối hợp các hoạt động hoặc các thao tác của các bộ phận chấp

hành, người cán bộ kỹ thuật sẽ lập sơ đồ khối điều khiển trình tự dạng sơ đồ chức

22


năng (function-chart). Công việc này là một bước tiếp cận hơn nữa của quá trình
điều khiển hệ thống.
3.5.3 Chuẩn bị phần cứng và đặc tả tham số vào/ra
Công việc lựa chọn các cơ cấu tác động chấp hành như lựa chọn động cơ,van
điều khiển, xilanh khí nén,…có liên quan mật thiết đến quá trình điều khiển đã tổng
hợp. Người thiết kế phải lựa chọn kỹ để tìm kiếm các cơ cấu tác động phù hợp nhất
và mô tả đầy đủ các thông số kỹ thuật cảu cơ cấu tác động. Các tín hiệu có liên quan
mật thiết với các tiếp điểm ngõ ra của PLC. Tương tự, các tín hiệu từ các cảm biến
phản ánh trạng thái cơ cấu tác động, được đưa đến các ngõ vào PLC.
Thông qua việc lựa chọn và đặc tả các tham số vào/ra này, người thiết kế sẽ
cung cấp các số liệu cần thiết cho việc thiết kế mạch giao tiếp giữa PLC với mạch
công suất của cơ cấu lao động, xác định ngõ vào/ra để lựa chọn PLC thích hợp.
3.5.4 Lập trình
Với đầy đủ dữ liệu được cung cấp từ các bước thực hiện trên, cơng việc tiếp
theo của người lập trình là soạn thảo chương trình điều khiển cho PLC để thực hiện
việc điều khiển hệ thống trạm trộn bê tông đúng như đã thiết kế. Tùy theo khả năng
quen sử dụng loại ngơn ngữ lập trình trên PLC nào mà người lập trình sẽ chọn lựa
ngơn ngữ đó để soạn thảo chương trình. Trong khn khổ bản đồ án này, em xin
được dùng ngơn ngữ LADDER làm ngơn ngữ lập trình chính cho PLC.
3.5.5 Chạy thử và hồn chỉnh chương trình.
Đây là công việc hết sức tự nhiên phải thực hiện sau khi lập trình. Việc chạy
thử chương trình được thực hiện trong hai chế độ:
Chế độ giả lập (chế độ offline): cho chạy chương trình và theo dõi đáp ứng
của các ngõ ra thông số thông qua đèn Led. Đèn Led ở ngõ ra cụ thể sẽ hiển thị cho
tín hiệu xuất ở ngõ ra cho cơ cấu tác động và đáp ứng chúng.

Chế độ thực (chế độ online): sau khi chạy thử và điều chỉnh chương trình trong
giả lập hoàn hảo ta tiến hành chuyển chế độ hoạt động trên PLC và nối mạch giao tiếp
với mạch công suất để điều khiển hệ thống trong chế độ thực. Trong chế độ này với
các đáp ứng thực của các cơ cấu tác động khi khơng tải và khi có tải sẽ giúp cho người
lập trình hiệu chỉnh chương trình lần cuối trước khi đưa vào vận hành thực sự trong
sản xuất.
3.6 Phần mềm GX WORK3
GX Works 3 là thế hệ tiếp theo của phần mềm lập trình của MELSOFT dành cho PLC
Mitsubishi. Điều tuyệt vời nhất của GX Works là được kế thừa từ phần mềm GX Developer
quen thuộc. Chức năng của nó đã được giữ lại và cải tiến để giúp lập trình nhanh hơn và dễ
dàng hơn. GX Works hỗ trợ các ngôn ngữ IEC 61131-3.

23


Lập trình viên có thể chọn bất kỳ ngơn ngữ nào trong số năm ngôn ngữ hoặc sử dụng
kết hợp của chúng: LAD, FB, SFC, ST, IL. Có một trình giả lập phần cứng để gỡ lỗi và các
mô-đun giám sát trực tuyến khác nhau. Phiên bản mới nhất của GX Works3 bao gồm nhiều
tính năng mới như cấu hình hệ thống đồ họa, tùy chỉnh công cụ định vị tích hợp và bảng
điều khiển kỹ thuật hệ thống để chiếu và lập trình các bộ điều khiển FX5U và MELSEC
iQ-R thế hệ mới.

Hình 3.5 Giao diện chọn thiết bị của GX WORK3

Hình 3.6 Giao diện lập trình của GX WORK3

24


CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN


4.1 Sơ đồ cơng nghệ

Hình 4.1 Mơ hình cơng nghệ trộn bê tơng

4.2 Thiết kế điều khiển dùng phương pháp Grapcet

25