【正文】 ............................................................................................ 39 附錄 A： 作者在校期間發(fā)表的論文 ................................................................. 40 附錄 B： XX ...................................................................................................... 41 基于 PLC 的攪拌站自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 選題背景及意義 混凝土攪拌站最初是以單機(jī)的形式出現(xiàn) ， 各工地自拌自用，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大規(guī)模的開展，商品混凝土的銷售逐漸增大 .隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測控技術(shù)的發(fā)展，高可靠、高自動化的自動控制系統(tǒng)便成了混凝土攪拌站的發(fā)展方向 .在混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)采集處理的精確性直接影響到混凝土的質(zhì)量 .而在市場競爭日趨激烈的今天，攪拌站自動控制系統(tǒng)的性價(jià)比也與企業(yè)的生存緊密的聯(lián)系在一起 .因此，研究一種低成本、高可靠性的新型攪拌站自動控制系統(tǒng) ，具有極為廣闊的市場前景 . 混凝土攪拌站包括貯料、配料、物料稱量、攪拌及卸料等過程，是一個受多環(huán)節(jié)制約的復(fù)雜系統(tǒng)，物料的配比和稱重精度等因素都直接影響混凝土的質(zhì)量 .由于 PLC運(yùn)算速度高、指令豐富、功能強(qiáng)大、可靠性高、使用方便、編程靈活及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，如今成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了安全可靠和比較完善的控制應(yīng)用 . 在 現(xiàn)代化建設(shè) 期間，我國要建設(shè)一大批大型煤礦、油田、電站、機(jī)場、港口、高速鐵路及高等級公路等重點(diǎn)工程，同時也要進(jìn)行大量的城 市道路、城鎮(zhèn)住宅的開發(fā)與建設(shè)，這都需要大量的混凝土 .所以現(xiàn)在正是大力發(fā)展混凝土機(jī)械的大好時機(jī)，作為“一站三車 中的一站，混凝土攪拌站占有舉足輕重的地位 . 混凝土攪拌機(jī)的現(xiàn)狀及國內(nèi)市場分析 我國混凝土的發(fā)展 從 1903 年德國建造世界上第一座預(yù)拌混凝土攪拌站以來，商品混凝土作為獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)己有 100 多年的歷史 .隨后，美國于 1913 年，法國于 1933 年建立了自己的攪拌站 .二次大戰(zhàn)后，尤其是 60 年代到 70 年代，由于各國抓緊發(fā)展經(jīng)濟(jì)，醫(yī)治戰(zhàn)爭的創(chuàng)傷，混凝土攪拌站得到了快速發(fā)展 .目前，德國、美國、意大利 、日本等國家的攪拌站在技術(shù)水平和可靠性方面處于領(lǐng)先地位 .國外生產(chǎn)的攪拌站一般生產(chǎn)率在 50m3/ h～ 300m3/h，對于商品混凝土生產(chǎn)，攪拌站形式應(yīng)用比較普遍，尤其在大型工程中被采用 .我國混凝土攪拌站的研制是從 50 年代開始的，在其發(fā)展過程中，型式的選取和主要技術(shù)參數(shù)基本上是根據(jù)用戶要求和參考國外產(chǎn)品的自由狀態(tài) .國標(biāo) GB1017188《 混凝土攪拌站分類》和 GB 1017288《 混凝土攪拌站技術(shù)條件》的頒布實(shí)施，將混凝土攪拌站的研制和生產(chǎn)納入了標(biāo)準(zhǔn)管理的軌道，為其發(fā)展奠定了基礎(chǔ) .產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)拌混凝土標(biāo)準(zhǔn) 的要求中，對于混凝土攪拌站的技術(shù)指標(biāo)己達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平 .當(dāng)今國內(nèi)生產(chǎn)的混凝土攪拌站質(zhì) 量迅速提高，逐步取代了進(jìn)口攪拌站，在國內(nèi)已經(jīng)占主導(dǎo)地位，其控制系統(tǒng)也得到快速發(fā)展 .經(jīng)過科研院所和生產(chǎn)企業(yè)的共同開發(fā)，適時引進(jìn)國外先進(jìn)的混凝土泵和混凝土攪拌輸送車技術(shù)，使我國在商品混凝土機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造能力和水平都有了很大提高，一些產(chǎn)品已有批量生產(chǎn)，其技術(shù)水平與當(dāng)今世界水平同步，減少了進(jìn)口，節(jié)約了外匯，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益 . 經(jīng)過幾十 年努力，我國國產(chǎn)混凝土攪拌樓隨著我國水電建設(shè)事業(yè)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了從無到有、從引進(jìn)仿制到自主 創(chuàng)新的轉(zhuǎn) 變，從設(shè)計(jì)、制造、安裝到調(diào)試運(yùn)行已經(jīng)形成一套完整的江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 質(zhì)量管理體系 .產(chǎn)品主要技術(shù)性能和總體水平均達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平 .產(chǎn)品成功應(yīng)用于 三 峽、葛洲壩、丹江口、萬家寨、龍口、龍灘、天生橋、五強(qiáng)溪等大中型水利水電工程混凝土施 .國內(nèi)大型混凝土攪拌站生產(chǎn)廠商包括 :三一重工、珠海志美、上海華建、南方路機(jī)等 .自八十年代以來，我國混凝土機(jī)械有兩次戰(zhàn)略性產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，對行業(yè)的發(fā)展起到了舉足輕重的作用 ： 一是八十年代初期混凝土攪拌機(jī)的升級換代，由雙錐反轉(zhuǎn)型、立軸和臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)替代鼓筒型攪拌機(jī)，現(xiàn)在這三大系列產(chǎn)品的 技術(shù)性能己達(dá)到國外同類機(jī)型的先進(jìn)水平，從質(zhì)量到數(shù)量上基本滿足了國內(nèi)需求 。二是八十年代末到九十年代初“發(fā)展一站三車 (即混凝土攪拌 站、混凝土攪拌輸送車、臂架式混凝土泵車和散裝水泥車 )，把我國商品混凝土機(jī)械搞上去”的戰(zhàn)略，推動了混凝土機(jī)械行業(yè)的第二次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，反映了混凝土機(jī)械行業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)、全面發(fā)展的深層次要求 . 我國混凝土攪拌站技術(shù)特點(diǎn) 20世紀(jì) 80年代，我國借鑒意大利 ， 阿爾卑惹拉混凝土重力壩建設(shè)經(jīng)驗(yàn)．成 功開發(fā)出碾壓混凝土筑壩工藝，并廣泛應(yīng)用于水利水電工程建設(shè) .目前， 我國國產(chǎn)混凝土攪拌摟已形成四大 系列產(chǎn)品 .幾十種產(chǎn)品規(guī)格，技術(shù)呈以下幾方面特點(diǎn)： 1)攪拌主機(jī)形式多樣 近年， 我國消化吸收國外先進(jìn)設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)．研制開發(fā)出強(qiáng)制式攪拌主機(jī)，機(jī)型有 500L、1000L、 1500L、 2021L、 3000L五種規(guī)格．這種攪拌樓生產(chǎn)率高．?dāng)嚢钑r間短．適合生產(chǎn)水電工程用二級配、三級配混凝土．還廣泛用于城市商品混凝土生產(chǎn) . 2)產(chǎn)品功能齊全 、加冰和預(yù)熱功能，使大壩施工不受季節(jié)、地域的影響，縮短了施工工期 . ， 使大樓、超大樓生產(chǎn)工 期縮短 20天，安裝工期縮短一個月 .，高 精度配料、卸料技術(shù)， 大大提高了配料精度和配料、卸料速度 . 3)操控系統(tǒng)便捷 模塊化、多功能、綜合性、高度自動化的攪拌樓計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)目前已經(jīng)發(fā)展到了第七代 .控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)全自動控制、雙機(jī)雙控三屏顯示技術(shù) ， 具備同步動態(tài)模擬仿真控制界面 ， 同步模擬顯示料倉料位的變化、稱斗內(nèi)進(jìn)料、卸料動態(tài)顯示、攪拌機(jī)內(nèi)物料的動態(tài)攪拌過程，砂含水自動檢測功能、溫度巡測功能、坍落度檢測功能 ， 采用 XP多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作平臺、對外提供車輛自動識別和調(diào)度管理、攪拌系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化調(diào)度管理 (實(shí)現(xiàn)無 紙辦公 )， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障遠(yuǎn)程診斷自動恢復(fù)功能 . 4)應(yīng)用環(huán)保新技術(shù) ，經(jīng)旋風(fēng)和袋式過濾二級沉降，大面積過濾，倉內(nèi)壓力小于 kg/m ，粉塵排放小于 150 mgCm .、配料層、攪拌層各裝有大風(fēng)量排塵軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)、換氣 .通過以上除塵措施，達(dá)到樓內(nèi)環(huán)境含塵量小于 6 mgCm 的環(huán)保要求，改善了攪拌樓的工作環(huán)境，樓外氣力輸送排放小于 150 mgCm ，達(dá)到第十三類灰塵及生產(chǎn)性粉塵品排放的標(biāo)準(zhǔn) .．噪聲控制小于 85分貝 .達(dá)到國標(biāo) GB一 12349工業(yè)區(qū) Ⅲ 類標(biāo)準(zhǔn) . 基于 PLC 的攪拌站自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 國產(chǎn)攪拌站發(fā)展方向 目前，國產(chǎn)攪拌 站 已形成系列，設(shè)備生產(chǎn)能力從 25 m ~420 m .但在應(yīng)用中仍存在一些有待解決的問題 . 1） 攪拌 站 里采用的料位指示裝置 如超聲波連續(xù)式料位計(jì)用于骨料料位的測量，雷達(dá)連續(xù)式料位計(jì)用于粉料料位的測量，這兩種料位計(jì)均存在剛開始使用效果不錯，時間長了不可靠的缺點(diǎn)，導(dǎo)致水泥罐內(nèi)料位測量不準(zhǔn)確，出現(xiàn)冒倉現(xiàn)象，或已到淺倉而檢測不到，影響生產(chǎn)，而且價(jià)位較高，在性價(jià)比和質(zhì)量方面均有待提高 . 2） 攪拌 站 里采用的砂含水測量裝置也不可靠、不耐用 .探頭 一旦被砂子覆蓋時間長檢測數(shù)據(jù)就不夠準(zhǔn)確 . 3） 目前國產(chǎn)大型、超大型攪拌 站 選用的攪拌主機(jī) 6rn 7 rn3強(qiáng)制式機(jī)， 機(jī)均采用進(jìn)口，價(jià)位高且維護(hù)費(fèi)用也高，國內(nèi)企業(yè)正在研制 . PLC 簡述 可編程序邏輯控制器（ PLC） 自它誕生以來至今，以其極高的性能價(jià)格比以及一系列人所共識的優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的工程技術(shù)人員的重視 .它現(xiàn)在被廣泛用于汽車生產(chǎn)、石油生產(chǎn)、 IT 制造、家電制造廠等工業(yè)控制系統(tǒng)場所，是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)之一 .它對工業(yè)的生產(chǎn)提供了良好的控制系統(tǒng)，它的 廣泛使用才使得人民不斷增長的物質(zhì)需求得到有利保障 . 1968 年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求 .1969 年美國 DEC 公司研制的第一臺 PDP14 型 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器 .人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置 .此時的 PLC 為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物 .個人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC） . 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要 .這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易 . 隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，許多大型的基礎(chǔ)工程及建筑工程相繼開工 .建設(shè)優(yōu)質(zhì)的工程需要高品質(zhì)的混凝土，而且隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，為了減少城市噪音和污染，交通和建筑竹理部門要求施工用的混凝土集中生產(chǎn)和管理 .這樣，不僅要求混凝土的配料精度高，而目要求生產(chǎn)速度快，因此，混凝土生產(chǎn)過程中攪拌設(shè)備自動控 制系統(tǒng)日益受到人們的重視 .可編程控制器 (PLC)具有可靠性高、功能完善、編程簡單且直觀，能夠有效地彌補(bǔ)繼電器控制系統(tǒng)的缺陷 . 混凝土攪拌機(jī)的現(xiàn)狀及國內(nèi)市場分析 混凝土攪拌站系統(tǒng)簡介 根據(jù)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路對 混凝土攪拌站的組成 、控制控系統(tǒng)的構(gòu)成、 S7300 等軟 硬件進(jìn)行詳細(xì)的分析、選型 、地址分配、硬件組態(tài) 和設(shè)計(jì)，以 便對混凝土攪拌站的 硬件系統(tǒng) 有一個大概的了解 . 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 混凝土攪拌站系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)混凝土攪拌站的工藝流程畫出程序流程圖、進(jìn)行 PLC 型號的選擇、 I/O 端口的分配及寫出梯形圖程 序，實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌站控制系統(tǒng)對整個混凝土生產(chǎn)過程的可靠控制 . 程序的調(diào)試 通過仿真軟件對初始化程序、報(bào)警程序、斷電保護(hù)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，使得程序更加符合設(shè)計(jì)的要求 . 小結(jié) 本章介紹了課題的意義和背景，存在的設(shè)計(jì)意義和具有廣闊的前景，攪拌機(jī)在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r，著重介紹了我國攪拌站發(fā)展的歷史和現(xiàn)況 .介紹了本課題的主要 指導(dǎo)工具 PLC的 產(chǎn)生、發(fā)展、特點(diǎn)、當(dāng)前應(yīng)用狀況及發(fā)展趨勢 ， 在發(fā)展時間才 40多 年已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，并成為現(xiàn)代三大控制系統(tǒng)之一，有巨大的市場應(yīng)用 .同時 說明了本論 文的主要工作內(nèi)容 . 基于 PLC 的攪拌站自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 混凝土攪拌站系統(tǒng)概述 混凝土攪拌站 混凝土攪拌站的組成 一個全套的攪拌裝置是由許多臺主機(jī)和一些輔助設(shè)備組成，它最基本的組成部分有以下五個 :運(yùn)輸設(shè)備、料斗設(shè)備、稱量設(shè)備、攪拌設(shè)備和輔助設(shè)備，如圖 21： 圖 21 混凝土攪拌站示意圖 1）運(yùn)輸設(shè)備 運(yùn)輸設(shè)備包括骨料運(yùn)輸設(shè)備、水泥輸送設(shè)備以及水泵等 .骨料運(yùn)輸設(shè)備有皮帶機(jī)、拉鏟、抓斗和裝載機(jī)等，其中 皮帶機(jī)是攪拌裝置中最常用的骨料運(yùn)輸設(shè)備，水泥輸送設(shè)備 和添加劑輸送設(shè)備 由斗式提升機(jī)和螺旋輸送機(jī)組成 . 2）料斗設(shè)備 料斗設(shè)備由貯料斗、卸料設(shè)備 (閘門、給料機(jī)等 )和一些其它附屬裝置組成 .料斗設(shè)備在生產(chǎn)中起著中間倉庫的作用，用來平衡生產(chǎn) .在混凝土攪拌裝置中，用料斗設(shè)備配合自動秤進(jìn)行配料 .所以，它是工藝設(shè)備的組成部分，并不是大宗物料的貯存場所 . 根據(jù)制作貯料斗所用的材料不同，貯料斗分為鋼貯斗、鋼筋混凝土貯斗、木貯斗等 。從外形上分，常用的有方形和圓形 .圓形貯斗又叫筒倉 . 給料機(jī)和閘門都是貯料斗的卸料設(shè)備 .閘門控制貯料 斗卸料口的開啟和關(guān)閉的，大多沙料輸送機(jī) 石料輸送機(jī) 沙料稱重 石料稱重 沙料箱 石料箱 放料閘門 攪拌機(jī) 水泵輸送機(jī) 水泥輸送機(jī) 外加劑輸送機(jī) 攪拌機(jī)卸料位 攪拌機(jī)裝料位 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 是氣動的，其構(gòu)造簡單，卸料能力大，但是只有當(dāng)物料是完全松散狀態(tài)時，才能比較均勻地控制料流 .而采用給料機(jī)卸料時，就比較容易控制均勻地卸料，給料機(jī)都是電動的 .閘門的類型很多，但在混凝土攪拌裝置中最常用的是扇形閘門，它由壓縮空氣缸來操縱，骨料(石子和砂 )都是采用閘門給料 . 3） 稱量設(shè)備 稱量配料設(shè)備是混凝土生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)重要工藝設(shè)備，它控制著各種混合料的配比 .稱量配料的精度對混凝土的強(qiáng)度有著很大的影響 .因此，精確、高效的稱量設(shè)備不僅能提高生產(chǎn)率，而且是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)混凝土的可靠 保證 .一套完整的稱量設(shè)備包括貯料斗、給料設(shè)備 (閘門或給料機(jī) )和稱量設(shè)備等 .對稱量設(shè)備的要求，首先是準(zhǔn)確，其次是快速 .稱量的不精確將對混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，同時又要滿足一定的生產(chǎn)率 .稱量設(shè)備從構(gòu)造上可分為杠桿秤和電子秤等，其中，杠桿秤已經(jīng)被淘汰 .為了適應(yīng)