اتوماسیون دستگاه بچینگ پلانت پیوسته (Continuous Concrete Batching Plant)

دستگاه بچینگ پلانت پیوسته (Continuous Concrete Batching Plant) هست. این سیستم در مقیاس صنعتی و پروژه‌های بزرگ عمرانی استفاده می‌شه و به دلیل نیاز به کنترل دقیق، مانیتورینگ کامل و پایداری بالا، به شدت به اتوماسیون صنعتی وابسته است.

معرفی دستگاه و فرآیند

بچینگ پلانت (Batching Plant) یا ایستگاه مرکزی بتن، به مجموعه‌ای از تجهیزات و ماشین‌آلات اطلاق می‌شود که وظیفه‌ی تولید بتن آماده با ترکیب دقیق مصالح (شن، ماسه، سیمان، آب و افزودنی‌ها) را بر عهده دارد. این دستگاه یکی از مهم‌ترین تجهیزات در پروژه‌های ساختمانی و عمرانی است که کیفیت، سرعت و یکنواختی بتن را تضمین می‌کند.

چرا بچینگ پلانت اهمیت دارد؟

در پروژه‌های بزرگ، بتن‌ریزی نیازمند دقت بالا در ترکیب مصالح است. استفاده از بچینگ پلانت مزایای متعددی به همراه دارد:

• افزایش سرعت تولید بتن
• یکنواختی در کیفیت بتن
• کاهش هزینه‌های انسانی و مصرف مصالح
• امکان استفاده از بتن در حجم زیاد در زمان محدود
• کاهش خطای انسانی در نسبت اختلاط مصالح

انواع بچینگ پلانت

برای شناخت بهتر، بچینگ‌ها به چند دسته مهم تقسیم می‌شوند که بر اساس نوع کاربری، محل نصب و مکانیزم عملکرد، انتخاب می‌گردند.

۱. بچینگ پلانت ثابت (Stationary Batching Plant)

این نوع بچینگ در محل دائمی پروژه یا در کارخانه‌های تولید بتن نصب می‌شود و برای پروژه‌های بزرگ با حجم بتن‌ریزی بالا مناسب است. مزیت آن دقت بالا و توان عملیاتی زیاد است.

۲. بچینگ پلانت سیار یا موبایل (Mobile Batching Plant)

مدل سیار بر روی شاسی چرخ‌دار نصب شده و قابل جابجایی است. این مدل برای پروژه‌های کوتاه‌مدت یا در مکان‌هایی که نیاز به جابجایی پیوسته تجهیزات دارند، استفاده می‌شود.

۳. بچینگ پلانت پرتابل (Portable Batching Plant)

بچینگ پرتابل، نسخه‌ای جمع‌وجورتر از نوع سیار است که قابلیت نصب و راه‌اندازی سریع‌تری دارد. در پروژه‌های عمرانی با دسترسی سخت یا فضای محدود کاربرد دارد.

اجزای اصلی یک بچینگ پلانت

در هر بچینگ پلانت، تجهیزات مختلفی برای وزن‌کشی، ترکیب و انتقال مصالح به‌کار می‌رود. اجزای اصلی عبارتند از:

- سیلو سیمان

محل ذخیره و انتقال سیمان به واحد توزین.

- مخازن شن و ماسه (آگریگیت‌ها)

برای نگهداری مصالح سنگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

- واحد توزین (Weighing System)

دستگاهی برای اندازه‌گیری دقیق مقدار هر ماده، برای رسیدن به طرح اختلاط موردنظر.

- میکسر یا دستگاه مخلوط‌کن

برای ترکیب مصالح به‌صورت یکنواخت و تولید بتن آماده.

- نوار نقاله یا سیستم انتقال

برای حمل مواد از محل ذخیره‌سازی به مخلوط‌کن.

به طور خلاصه بچینگ پلانت پیوسته سیستمی است که فرآیندهای مختلف شامل:

• دوزینگ و انتقال مصالح سنگی (ماسه، شن، سنگ‌دانه)،

• انتقال و تزریق سیمان، آب و افزودنی‌ها،

• اختلاط پیوسته در میکسر مرکزی،

• انتقال بتن آماده به کامیون یا خطوط لوله،
  را به صورت کاملاً اتوماتیک و بدون توقف انجام می‌دهد.

ساختار کلی سیستم اتوماسیون

این سیستم یک اتوماسیون توزیع‌شده (Distributed Control System) هست که شامل:

1. لایه کنترل مرکزی (Central Control Layer)

   • کنترل توسط PLC S7-300 زیمنس

   • CPU با قدرت پردازش بالا   317-2PN/DP

   • مدیریت منطق برنامه‌ریزی، توالی فرآیند، هماهنگی ایستگاه‌ها

2. لایه ورودی/خروجی توزیع‌شده (Distributed I/O Layer)

   • استفاده از ET200M در ایستگاه‌های مختلف

   • دریافت سیگنال‌های سنسورها و فرمان به عملگرها

   • اتصال از طریق Profibus DP به PLC

3. لایه محرک‌ها و درایوها (Drives & Motion Control Layer)

   • Micromaster MM440 برای کنترل موتورهای القایی (Conveyors, Mixers) تحت Profibus

   • Servo Drives Lenze تحت Profibus برای دوزینگ دقیق و موقعیت‌دهی شیرها

   • کنترل سرعت، گشتاور و موقعیت با ارتباط شبکه‌ای مستقیم به PLC

4. لایه ایمنی (Safety Layer)

   • استفاده از رله‌های ایمنی (Pilz, Siemens 3TK, Allen Bradley)

   • مدارهای اضطراری (Emergency Stop, Guard Door Monitoring)

   • جداسازی مستقل از سیستم کنترل برای اطمینان بیشتر

5. لایه مانیتورینگ و SCADA (Supervisory Layer)

   • WinCC V برای مانیتورینگ و کنترل متمرکز

   • ارتباط با PLC از طریق Industrial Ethernet/Profinet

   • مدیریت صفحات HMI، آلارم‌ها، Data Logging و گزارش‌گیری

 پروتکل‌ها و ارتباطات شبکه

1. Profibus DP (Fieldbus Layer)

   • ستون فقرات شبکه بین PLC S7-300 ↔ ET200M ↔ Drives (MM440, Lenze)

   • سرعت بالا (1.5 تا 12 Mbps)

   • انتقال سیگنال‌های I/O و دیتاهای کنترلی محرک‌ها

   • توپولوژی خطی (Daisy Chain) یا با استفاده از Repeaters

2. Profinet (Industrial Ethernet Layer)

   • استفاده بین PLC ↔ SCADA (WinCC V7)

   • انتقال داده‌های فرآیندی، آلارم‌ها و Trend ها به سرور مرکزی

   • امکان اتصال به ERP/MES برای Industry 4.0

3. Hardwired Safety Signals

   • برای E-Stop، حفاظت درب‌ها، لیمیت سوئیچ‌ها

   • به صورت مستقیم به رله‌های ایمنی و ورودی‌های امن PLC وصل می‌شوند

   • خارج از شبکه فیلدباس جهت تضمین Safety Integrity

4. Serial Communication 

   • برای دستگاه‌های جانبی مثل باسکول‌ها یا سنسورهای قدیمی RS485/RS232

   • اتصال به PLC از طریق ماژول CP

 توپولوژی کنترلی سیستم

 مرکز فرمان (Central Control Room)

• PLC S7-300 + Industrial PC با WinCC V7

• مدیریت کل خط تولید + Data Logging

 ایستگاه مصالح سنگی (Aggregate Dosing Station)

• ET200M برای ورودی لودسل‌ها و سنسورهای سطح

• درایوهای MM440 برای نوار نقاله‌ها

• ارتباط با PLC از طریق Profibus

 ایستگاه سیمان و افزودنی‌ها

• ET200M برای سنسورها و ولوها

• سروو Lenze برای دوزینگ دقیق سیمان و افزودنی‌ها

• ارتباط از طریق Profibus

ایستگاه میکسر (Mixer Station)

• MM440 برای موتور میکسر

• ET200M برای سنسورهای دما، فشار و سطح

• رله ایمنی برای حفاظت موتور و درب‌های بازدید

 ایستگاه بارگیری (Discharge & Loading Station)

• ET200M برای کنترل گیت‌ها و ولوها

• MM440 برای کانوایر یا پمپ انتقال بتن

• ارتباط به PLC از طریق Profibus

 نقش هر عنصر در معماری

• PLC S7-300 → مغز سیستم، اجرای برنامه و هماهنگی ایستگاه‌ها

• ET200M → جمع‌آوری داده‌ها و ارسال فرمان به عملگرها در نزدیک‌ترین نقطه به فرآیند

• Profibus → انتقال سریع داده بین تجهیزات فیلد (I/O, Drives)

• Micromaster 440 → کنترل موتورهای القایی با گشتاور متغیر

• Servo Lenze → کنترل موقعیت دقیق در فرآیندهای دوزینگ

• رله ایمنی Pilz/Siemens → حفاظت مستقل اپراتور و ماشین

• WinCC V → مانیتورینگ متمرکز، ثبت داده، گزارش‌گیری، مدیریت Recipe ها

این معماری ترکیبی از:

• اتوماسیون متمرکز + توزیع‌شده

• فیلدباس (Profibus) برای کنترل Real-time

• اترنت صنعتی (Profinet) برای مانیتورینگ و دیتاهای مدیریتی

• سیستم ایمنی سخت‌افزاری مستقل

که همه با هم یک خط تولید پیوسته بتن مدرن، پایدار، ایمن و قابل توسعه رو ایجاد می‌کنن.

سیستم مانیتورینگ و HMI

در این پروژه از WinCC V به‌عنوان سیستم مانیتورینگ مرکزی استفاده شده که امکان مدیریت کل خط تولید را فراهم می‌کند. صفحات HMI به صورت ساختاریافته طراحی می‌شوند:

۱. صفحه اصلی (Main Overview)

• نمای گرافیکی از کل خط (نوار نقاله‌ها، سیلوها، میکسر، پمپ‌ها)

• وضعیت روشن/خاموش موتور‌ها و تجهیزات

• دسترسی سریع به ایستگاه‌های مختلف

۲. صفحات کنترل ایستگاهی (Local Station Screens)

• کنترل و مانیتورینگ هر ایستگاه (توزین مصالح، سیلوهای سیمان، میکسر، پمپ انتقال)

• نمایش خطاها و آلارم‌های محلی

۳. صفحات توزین و فرمولاسیون (Recipe & Dosing)

• تعریف و مدیریت Recipe برای انواع بتن (C25, C30 و …)

• کنترل دقیق بارگذاری مواد اولیه بر اساس وزن و درصد

• گزارش‌گیری از مقدار مصرف روزانه

۴. صفحه مانیتورینگ انرژی (Energy Monitoring)

• نمایش توان مصرفی موتورهای اصلی از طریق Profibus

• تحلیل راندمان و گزارش مصرف انرژی

۵. صفحات Data Logging & Reports

• ثبت خودکار داده‌های تولید (تناژ روزانه، میزان مصرف سیمان و آب، تعداد بچ تولیدی)

• قابلیت استخراج گزارش‌ها به Excel یا PDF

• نمایش نمودارهای زمانی (Trend) از پارامترهای کلیدی مثل رطوبت، دمای بتن و سرعت تولید

۶. صفحه مدیریت خطا و آلارم (Alarms & Diagnostics)

• نمایش لیست آلارم‌ها بر اساس اولویت

• امکان فیلتر بر اساس ایستگاه یا نوع خطا

• تاریخچه خطاها برای تحلیل و نگهداری پیشگیرانه

مزایای این طراحی اتوماسیون

•  افزایش ظرفیت و پایداری خط تولید
• کنترل دقیق مواد و فرمولاسیون بتن
•  کاهش خطاهای اپراتوری و ایمنی بالاتر
•  امکان Data Logging و Traceability کامل تولید برای کنترل کیفیت
•  آماده‌سازی زیرساخت برای اتصال به سیستم‌های Industry 4.0 و SCADA پیشرفته

مشهد زیمنس با بیش از دو دهه تجربه در حوزه اتوماسیون صنعتی، یکی از شرکت‌های پیشرو در اجرای پروژه‌های مدرن‌سازی و به‌روزرسانی خطوط تولید در صنایع مختلف به شمار می‌رود. این مجموعه با بهره‌گیری از راهکارهای جامع زیمنس و برندهای معتبر جهانی، توانسته است پروژه‌های پیچیده در صنایع سنگین را با موفقیت اجرا کند.

توانمندی‌ها

• طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل مبتنی بر PLCهای زیمنس (S7-300, S7-1200, S7-1500)

• استفاده از ET200M/ET200SP به‌عنوان I/O توزیع‌شده تحت شبکه Profibus/Profinet

• کنترل موتورهای اصلی توسط درایوهای Micromaster 440 و Sinamics

• بهره‌گیری از سروو درایوهای Lenze و Siemens V90 برای فرآیندهای حساس موقعیت‌دهی

• طراحی کامل سیستم ایمنی با رله‌های استاندارد Pilz و Siemens

• مانیتورینگ متمرکز با WinCC V7 و TIA Portal HMI

پروژه‌های شاخص و دستگاه‌های مشابه

مشهد زیمنس به‌عنوان مجری اتوماسیون، در صنایع مختلف پروژه‌های بزرگ را به انجام رسانده است، از جمله:

• خطوط تولید پیوسته بتن (Continuous Batching Plant)

• کارخانه‌های آسفالت و سیستم‌های توزین مصالح

• خطوط خردایش و دانه‌بندی سنگ (Stone Crushing & Screening Plants)

• سیستم‌های انتقال و ذخیره‌سازی سیمان در سیلوها

• ماشین‌آلات صنایع نساجی (Carding, Ring Spinning, Rotor Spinning, Finishing)

• خطوط تولید صنایع غذایی و نوشیدنی (پرکنی، بسته‌بندی، Conveying)

مزایا برای کارفرما

•  افزایش راندمان و پایداری خط تولید
•  کنترل دقیق فرآیند و کاهش ضایعات
•  ایمنی بالا و کاهش ریسک توقف تولید
•  قابلیت ثبت داده‌ها، گزارش‌گیری و تحلیل بهره‌وری
•  زیرساخت مناسب برای ورود به Industry 4.0 و اتصال به ERP