1、基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 1 页 共 23 页摘 要混凝土搅拌机是施工机械装备中的重要设备,其产品质量和生产效率直接影响着建筑施工质量和建筑施工进度。强制式搅拌机是应用最普遍、使用率最高的混凝土搅拌机。双卧轴搅拌机是新型搅拌机型，因其搅拌质量好，生产率高，被广泛用于各种搅拌场合。本毕业设计从搅拌的目的和机理出发。工作时, 物料在叶片推动下沿螺旋面移动,由于两轴的旋转方向相反,两轴间的物料产生挤压、翻滚和揉搓,以达到搅拌混合效果。长期的生产实践证明,通过对卧轴式搅拌机的叶片结构和曲面形状进行合理的布置和设计，混凝土的质量和生产效率会有很大的提高。结合三种叶片的优点，通过对他们进行有序、
2、合理的布置，让混凝土在有限的时间进行尽可能的搅拌。对它们曲面形状进行理论分析和一些试验，克服传统搅拌机器的缺点，并注意到新型设计可能引起的新的问题。通过搅拌过程的分析，详细阐述了各参数的设计，并结合理论分析，给出了结论和建议。关键词：混凝土搅拌机；双卧轴； 叶片基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 2 页 共 23 页第 1 章 PLC 的介绍PLC 可编程序控制器：PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,
3、顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。DCS 集散系统: DCS 英文全称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全称为集散型控制系统。DCS 可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。DCS 一般由五部份组成：1：控制器 2：I/O 板 3：操作站 4：通讯网络5：图形及遍程软件。1.1 PLC 的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散
4、量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC） 。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） ，现在，仍常常将 PLC 简称 PC。PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：
5、可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。
6、PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 3 页 共 23 页1.2 PLC 的构成 从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。1. CPU 的构成CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一
7、个 CPU，它按PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。
8、CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。2. I/O 模块PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（D
9、I） ，开关量输出（DO） ，模拟量输入（AI） ，模拟量输出（AO）等模块。常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 4 页 共 23 页按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU所能管理的基
10、本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。3. 电源模块PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC） ，直流电源（常用的为 24VDC） 。4. 底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。5. PLC 系统的其它设备(1) 编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC
11、所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。(2) 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。(3) 输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如 EPROM、EE.PROM 写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。1.3 PLC 控制系统的设计基本原则 1. 最大限度的满足被控对象的控制要求。2. 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。3. 保证控制系统安全可靠。4
12、. 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择 PLC 容量时应适当留有余量。 1.4 PLC 的功能1. 数据采集与输出。2. 控制功能：包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3. 数据处理功能：包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID 运算、滤波等。4. 输入/输出接口调理功能。具有 A/D、D/A 转换功能，通过 I/O 模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。5. 通信、联网功能。现代 PLC 大多数都采用了通信、网络技术，有 RS232或 RS485 接口，可进行远程 I/O 控制，多台 PLC 可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现
13、程序和数据交换，如基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 5 页 共 23 页程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台 PLC 构成“集中管理、分散控制“的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的 SCADA 系统，现场端和远程端也可以采用 PLC 作现场机。6. 支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和 PC 系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。7. 编程、调试等，并且大部分支持在线编程。1.5 PLC 的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。
14、PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具
15、有极高的可靠性也就不奇怪了。2. 配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与
16、表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 6 页 共 23 页5. 体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量
17、小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.6 PLC 的应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1. 开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2. 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量
18、。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3. 运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4. 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业
19、控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5. 数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统
20、，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 7 页 共 23 页冶金、食品工业中的一些大型控制系统。1.7 PLC 的国内外状况在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable ,是
21、世界上公认的第一台 PLC.限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制
22、器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） 。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC
23、生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。1.8 PLC 未来展望21 世纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器
24、和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 8 页 共 23 页技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统 DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第 2 章 混凝土搅拌站系统概述2.1 混凝土搅拌站的分类和组成混凝土搅拌站型号较多，但其结构基本相似，均采用电气程序控制。混凝土搅拌站按作业形式可分为周期式和连续式；按搅拌机平面布置形式可分为巢式和直线式。一个全套的搅拌
25、装置是由许多台主机和一些辅助设备组成，它最基本的组成部分有以下五个:运输设备、料斗设备、称量设备、搅拌设备和辅助设备，如图 2-1 所示：基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 9 页 共 23 页石料箱沙料箱沙料输送机 石料输送机添加剂螺旋输料机 水泥螺旋输料机 水泵电机 沙料重量传感器石料重量传感器放料闸门传送带翻斗倒成品时下限位上料时上限位搅拌机图 2-1 混凝土搅拌站示意图1）运输设备运输设备包括骨料运输设备、水泥输送设备以及水泵等。骨料运输设备有皮带机、拉铲、抓斗和装载机等，其中皮带机是搅拌装置中最常用的骨料运输设备，水泥输送设备和添加剂输送设备由斗式提升机和螺旋输送机组成。2）料斗设备
26、料斗设备由贮料斗、卸料设备(闸门、给料机等)和一些其它附属装置组成。料斗设备在生产中起着中间仓库的作用，用来平衡生产。在混凝土搅拌装置中，用料斗设备配合自动秤进行配料。所以，它是工艺设备的组成部分，并不是大宗物料的贮存场所。根据制作贮料斗所用的材料不同，贮料斗分为钢贮斗、钢筋混凝土贮斗、木贮斗等;从外形上分，常用的有方形和圆形。圆形贮斗又叫筒仓。给料机和闸门都是贮料斗的卸料设备。闸门控制贮料斗卸料口的开启和关闭的，大多是气动的，其构造简单，卸料能力大，但是只有当物料是完全松散状态时，才能比较均匀地控制料流。而采用给料机卸料时，就比较容易控制均匀地卸料，给料机都是电动的。闸门的类型很多，但在混凝
27、土搅拌装置中最常基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 10 页 共 23 页用的是扇形闸门，它由压缩空气缸来操纵，骨料(石子和砂)都是采用闸门给料。3）称量设备称量配料设备是混凝土生产过程中的一项重要工艺设备，它控制着各种混合料的配比。称量配料的精度对混凝土的强度有着很大的影响。因此，精确、高效的称量设备不仅能提高生产率，而且是生产优质高强混凝土的可靠保证。一套完整的称量设备包括贮料斗、给料设备(闸门或给料机)和称量设备等。对称量设备的要求，首先是准确，其次是快速。称量的不精确将对混凝土的强度产生很大的影响，同时又要满足一定的生产率。称量设备从构造上可分为杠杆秤和电子秤等，其中，杠杆秤已经被淘汰
28、。 为了适应各种不同的物料，秤斗在构造上略有不同。水泥秤斗是圆形的，骨料秤斗是长方形的，而水等液体的秤斗是圆形的，斗门设有橡皮垫，以保证密封。传感器的装设，电子秤的秤斗采用三点悬挂，在每套悬挂装置的中部各装有一个传感器。4）搅拌设备即一般的混凝土搅拌机，没有提升装置和供水装置。其设计技术很成熟，在搅拌站设计中，一般采用标准搅拌机。例如，目前国内厂家基本都使用双卧轴强制式搅拌机，此搅拌机搅拌能力强，搅拌均匀、迅速，生产率高，对于干硬性、塑性及各种配比的混凝土，均能达到良好的搅拌效果。2.2 混凝土搅拌装置的工艺流程搅拌站进行混凝土生产时，首先将骨料分别装入各自料仓，然后打开石料和砂料的给料阀门分
29、别将骨料投入到秤斗进行称量，秤斗中的骨料不断增加直到电子秤指示到所要求的重量才控制下料阀门停止投料，然后启动平皮带和斜皮带将骨料卸入集料斗。在骨料配料的同时,搅拌机也开始搅拌,因为同时在利用定时器进行水泥、所需水及外加剂的计量。在混凝土所需的各种材料计量完毕后，控制集料斗和各秤斗开门，以把各种材料装入搅拌机进行搅拌。在搅拌机运行了规定的时间后，打开搅拌机的门进行卸料(搅拌站的门先半开，再全开)，完成混凝土生产的一个循环。在石料、砂料的称重计量时，系统用分别控制两个门进行快速粗略和慢速精确的计量，以减少称量时间和称量精度。同理，对水的计量亦采用水粗称阀和水精称阀进行控制，而水泥、粉煤灰和防冻剂等
30、添加剂则由计量螺旋机从各自料仓送入各自秤斗进行计量。由于整台设备生产的连续性较强，控制系统中，每一个动作的前后时序性都有严格的要求，且到达某个状态时，必须保证与这一状态有关的动作全部完成，才可以进入下一个状态，因此必须通过设备上安装的限位开关和传感器对各执行机构的状态进行监控。基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 11 页 共 23 页2.3 电控系统的构成系统由 PLC、智能元件、传感器、中间继电器和执行机构等构成。如图 2-2 所示：PLC传感器 智能元件中间继电器执行机构混凝土搅拌站图 2-2 原理图1) 它具有兼容性好和可靠性高的特点，为搅拌站的整个电控系统带来了高质高品的性能，也有利于
31、用户今后对搅拌站的更新与扩展。2）智能元件主要是指集显示、变送和控制于一体的配料控制器。它有一个05V 的模拟输出接口板，其模拟部分精度适合于 0.2% , 0.1 %、0.05%包装秤使用。3）传感器主要包括称重传感器和行程开关等。4）执行机构包括骨料放料电磁法阀、水泥放料电磁法阀、水泵阀门、添加剂放料电磁阀、送料电机、搅拌电机等。2.4 称重传感器的选择混凝土搅拌站控制系统主要采集的是各种物料的重量信号，故本系统选用的是压力传感器。压力传感器是称重系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测物重量信号转换成容易测量的电信号输出，给称重仪表显示重量值，供控制或报警等使用。影响称重传感器选型
32、的因素：称重传感器选型应考虑过负荷因素可靠性传感器的防护等级搅拌站的规模和工作类型称重传感器的准确度称重传感器的选型应充分考虑以上一些因素外，还应尽可能兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件。工程机械搅拌设备用称重传感器的选型既要考虑混凝土搅拌楼站称重系统基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 12 页 共 23 页的基本要求，又要兼顾称重传感器的运行环境，还要削弱那些对称重传感器有重要影响的因素，合理地选择使用传感器。根据不同类型和规模的搅拌设备选用相应的传感器。混凝土搅拌站要求的传感器额定载荷从 1kg4000kg 不等，骨料传感器的称量范围最大，一般为 50kg45
33、00kg;外加剂传感器的额定载荷最小，一般不超过 50kg。综合分析了传感器的量程和范围、线性度、灵敏度和分辨率后，并且根据搅拌站中称重传感器的运行环境，选用的是 HL-F(1)型方悬臂梁高精度压力传感器(如图 2-3)图 2-3 HL-F(1)型方悬臂梁高精度压力传感器F 型传感器具有 0.05%F.S 的精度等级、2mv/v 的灵敏度、0.05%F.S 的非线性、士 0.05%F.S/30min 的蠕变和蠕变恢复、0.05%F. S 的滞后和重复性、0.02%F. S/100的零点输出温度影响和额定输出温度影响、15V (DC)的最大工作电压，其额定载荷则为 120T。F 型传感器采用剪切
34、结构，抗偏载、抗侧向能力强，具有动态响应快、综合精度高、防尘、防潮、防水性能好的特点。特别适合于恶劣环境，如建筑、水利、化工、电力、港口等行业的工程机械，如搅拌站、打桩机、配料秤、料斗秤等。第 3 章 混凝土搅拌站控制系统设计3.1 工作原理 混凝土搅拌站分为四个部分:砂石给料、粉料(水泥、粉煤灰、膨胀剂等) 给料、水与外加剂给料、传输搅拌与存储.其工作流程如图 1 所示,搅拌机控制系统上电后,进入人- 机对话的操作界面,系统进行初始化处理,其中包括配方号、混凝土等级、坍落度、生产方量等.根据称重对各料仓、计量斗进行检测,输出料空或料满信号,提示操作人员确定是否启动搅拌控制程序.启动砂、石皮带
35、电基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 13 页 共 23 页机进料到计量斗;打开粉煤灰、水泥罐的蝶阀,启动螺旋机电机输送粉煤灰、水泥到计量斗;开启水仓和外加剂池的控制阀使水和外加剂流入计量斗.计量满足设定要求后开启计量斗斗门,配料进入已启动的搅拌机内搅拌混合,到设定的时间打开搅拌机门,混凝土进入己接料的搅拌车内. 3.2 控制要求 1. 各个气缸、控制阀和电机按混凝土搅拌流程的要求运行,各个气缸、控制阀和电机的控制必须准确、稳定、可靠. 2. 控制系统具备自动、手动两种工作模式,且相互间的关系是独立又彼此制约. 3. 系统具有良好的抗干扰能力3.3 程序 I/O 分配表 表 33 I/O 分配
36、表I/O 分配表输 入 输 出X0 启动 SB1 Y0 手动灯 LD1X1 急停 SB2 Y1 循环指示灯 LD2X2 称重传感器 1SQ1 Y2 搅拌机电机 KM1X3 称重传感器 2SQ2 Y3 添加剂螺旋输送机 KM2X4 搅拌机上限位 SQ3 Y4 水泥螺旋输送机 KM3X5 搅拌机下限位 SQ4 Y5 水泵 KM4X6 手动 SB3 Y6 沙料输送 KM5X7 搅拌机启动 SB4 Y7 石料输送 KM6X10 添加剂输送机启动 SB5 Y10 沙料输送闸门线圈 KM7X11 水泥螺旋输送机启动 SB6 Y11 石料箱放料闸门线圈 KM8X12 水泵电机启动 SB7 Y12 传送电机
37、KM9X13 石料输入 SB8 Y13 搅拌完成指示灯 LD3X14 沙料输入 SB9 Y14 翻斗机卸料 KM10X15 传输带电机启动 SB10 Y16 搅拌机上升 KM11I/O 分配表输 入 输 出X16 搅拌机上升 SB11 Y17 一次循环完成指示灯 LD4X17 翻斗机卸料 SB12 Y18基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 14 页 共 23 页3.4 PLC 端子接线图 图 3-4 PLC 端子接线图3.5 流程图YY2YNYNYNNNYNNYY YNNN启动循环开始指示灯亮？添加剂螺旋输料机开水泥螺旋输料机开水泵电机开沙料输送机开搅拌机开开始计时 5分钟 石料输送机开沙料称
38、量完毕？闸门打开，传送带启动1沙料箱放料毕？石料称量完毕？NY石料箱放料毕？闸门关闭 闸门关闭传送带上没有物料？传送带关闭开始计时 3分钟 开始计时0.5 分钟 0.5 分钟到？ 3 分钟到？5 分钟到？Y Y开始记录搅拌时间 5 分钟，配料完毕指示灯亮，10 秒后自动灭所有配料都放入搅拌机？1搅拌时间到？搅拌机停止，翻斗机下翻卸混凝土4手动开始N搅拌机在上限位且石料箱和沙料箱放料闸门关？闸门打开，传送带启动220VFU1基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 15 页 共 23 页基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 16 页 共 23 页YNYNYN2翻斗机停止，开始计时 2 分钟2 分钟时间到
39、？搅拌机上升下翻到下限位？上升到上限位？3一次循环结束指示灯亮，10秒后自动灭34图 35 流程图3.6 程序调试第一步：测试程序的起停是否符合要求。在仿真软件中下载程序后，点击工具栏的绿色按钮，可切换到自动运行模式。在自动运行模式下，点击 X0(启动按钮)，则 Y1（循环开始指示灯）的 LED 亮；点击 X6（手动开始） ，各电机启动，这是因为不具备开始条件：搅拌机在上限位且石料箱和沙料箱放料闸门关，点击 X4（搅拌机上限位）X13（石料箱闸门）X14（沙料箱放料闸门） ，使其闭合，则各电机启动。程序继续运行，不受干扰；点击 X2（紧急停止） ，则所有输出信号灯灭。从而可以看出起停符合要求。
40、第二步：测试各电机的起停是否符合要求。点击手动开始按钮，并适时点击各行程开关及闸门状态开关，测试各个电机是否能够正常起停。第三步：产生“所有配料都放入搅拌机”信号的程序调试。该信号的产生对搅拌站的正常运行有着极其关键的作用，该信号的调试可使用内存监视来实现。基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 17 页 共 23 页3.7 功能梯形图基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 18 页 共 23 页基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 19 页 共 23 页基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 20 页 共 23 页基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 21 页 共 23 页结束语本文从混凝土搅拌站的产生、发
41、展、结构及工艺流程和软件设计的介绍分析开始进行了全局的研究设计，采用三菱 PLC 和配料控制器控制混凝土搅拌站的整个配料过程简化了线路,提高了工作的可靠性,降低了系统的故障率。随着工业控制系统的发展，现场控制总线作为一种智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的新兴通信总线，在工程中的应用日益广泛。在今后的混凝土搅拌站发展过程中，集散控制系统和现场控制总线将逐渐融合，并利用神经网络在误差补偿方面的优势，进一步促进混凝土生产过程可靠性和混凝土生产质量、生产效率的提高。基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 22 页 共 23 页致谢本论文是在景老师的悉心指导下完成的，从课题的选择
42、到论文最终完成的每一个环节，景老师都亲临指导，提出意见并指正，他为此付出了大量的心血和精力。景老师渊博的学识、严谨的治学态度、求实创新的工作作风使作者受益匪浅。我不仅从景老师那里学到许多专业知识，更重要的是获取专业科研前沿和丰富的实践经验，所有这些都是以后人生生活的重大财富，在此特向恩师表示由衷的感谢和崇高的敬意。基于 PLC 的混凝土搅拌站装置第 23 页 共 23 页参考文献1高佳珍.混凝土搅拌站(楼)综述(四)J，建设机械技术与管理，20002朱蕴璞，孔德仁等.传感器原理及应用A.国防工业出版社，20053童占荣，张翔生.搅拌设备用称重传感器选型的探讨M.工程机械，20054张德仁.DCS, PLC 的现状与展望J.山西电子技术，19995张建文，徐琼，冯林. PLC 控制系统工作方式的分析和研究M.华东地质学院学报，2003 6董油海.PLC 在混凝土搅拌站计量系统的应用J.自动化与仪表，2000 7廖常初.PLC 编程及应用M.2 版.北京：机械工业出版社，2005
