【正文】 ............................ 34 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 1 前 言 可編程序邏輯控制器（ PLC）自它誕生以來(lái)至今，以其極高的性能價(jià)格比以及一系列人所共識(shí)的優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)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(chǎng)所，是現(xiàn)代制 造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)之一。它對(duì)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(zhǎng)的物質(zhì)需求得到有利保障。 1969 年美國(guó) DEC 公司研制的第一臺(tái) PDP14 型 PLC。隨后，在二十世紀(jì)七十至八十年代一直簡(jiǎn)稱為 PC。由于到 90 年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)，也簡(jiǎn)稱為 PC；可編程序范圍很大，所以美國(guó) AB 公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱為PLC。 PLC 在控制領(lǐng)域的應(yīng)用是保持了廣泛的增長(zhǎng)趨勢(shì)。 隨著我國(guó)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(shí)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(guò)程中攪拌設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)日益受到人們的重視?？删幊炭刂破?(PLC)具有可靠性高、功能完善、編程簡(jiǎn)單且直觀，能夠有效地彌補(bǔ)繼電器控制系統(tǒng)的缺陷。 從 1903 年德國(guó)建造世界上第一座預(yù)拌混凝土攪拌站以來(lái)，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(guó)于 1913 年，法 國(guó)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(guó)抓緊發(fā)展經(jīng)濟(jì)，醫(yī)治戰(zhàn)爭(zhēng)的創(chuàng)傷，混凝土攪拌站得到了快速發(fā)展。目前，德國(guó)、美國(guó)、意大利、日本等國(guó)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(guó)外生產(chǎn)的攪拌站一般生產(chǎn)率在 50m3/ h～ 300m3/h，對(duì)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(guó)混凝土攪拌站 (樓 )的研制是從 50 年代開始的，在其發(fā)展過(guò)程中，型式的選洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 2 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(guó)外產(chǎn)品的自由狀態(tài)。國(guó)標(biāo) GB1017188((混凝 土攪拌站 (樓 )分類》和 GB 1017288((混凝土攪拌站 (樓 )技術(shù)條件》的頒布實(shí)施，將混凝土攪拌站 (樓 )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(duì)于混凝土攪拌站 (樓 )的技術(shù)指標(biāo)己達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平。當(dāng)今國(guó)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(guó)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。國(guó)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(lái)，我國(guó)混凝土機(jī)械有兩次戰(zhàn)略性產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)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(jí)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(guó)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(guó)內(nèi)需求 。二是八十年代末到九十年代初“發(fā)展一站三車 (即混凝土攪拌樓(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(guó)商品混凝土機(jī)械搞上去”的戰(zhàn)略，推動(dòng)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。經(jīng)過(guò)科研院所和生產(chǎn)企業(yè)的共同開發(fā)，適時(shí)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的混凝土 泵和混凝土攪拌輸送車技術(shù)，使我國(guó)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(huì)效益。在“十五”乃至 20xx 年期間，我國(guó)要建設(shè)一大批大型煤礦、油田、電站、機(jī)場(chǎng)、港口、高速鐵路、高等級(jí)公路等重點(diǎn)工程，同時(shí)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(shí)機(jī)，作為“一站三車”中的一站，混凝土攪拌樓 (站 )占有舉足輕重的地位。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 3 第 1 章 混凝土攪拌 站系統(tǒng)概述 混凝土攪拌站的組成 一個(gè)全套的攪拌裝置是由許多臺(tái)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(gè) :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 11： 圖 11 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石料箱 沙料箱 沙料輸送機(jī) 石料 輸送機(jī) 添加劑螺旋輸料機(jī) 水泥螺旋輸料機(jī) 水泵電機(jī) 沙料重量傳感器 石料重量傳感器 放料閘門 傳送帶 翻斗倒成品時(shí)下限位 上料時(shí)上限位 攪拌機(jī) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 4 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(cāng)庫(kù)的作用，用來(lái)平衡生產(chǎn)。在混凝土攪拌裝置中，用料斗設(shè)備配合自動(dòng)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(chǎng)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(cāng)。 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，大多是氣動(dòng)的，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，卸料能力大，但是只有當(dāng)物料是完全松散狀態(tài)時(shí)，才能比較均勻地 控制料流。而采用給料機(jī)卸料時(shí)，就比較容易控制均勻地卸料，給料機(jī)都是電動(dòng)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(lái)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)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)各種不同的物料，秤斗在構(gòu)造上略有不同。水泥秤斗是圓形的，骨料秤斗是長(zhǎng)方形的，而水等液體的秤斗是圓形的，斗門設(shè)有橡皮墊，以保證密封。傳感器的裝設(shè)，電子秤的秤斗采用三點(diǎn)懸掛，在每套懸掛裝置的中部各裝有一個(gè)傳感器。 4）攪拌設(shè)備 即一般的混凝土攪拌機(jī)，沒有提升裝置和供水裝置。其設(shè)計(jì)技術(shù)很成熟，在攪拌站設(shè)計(jì)中，一般采用標(biāo)準(zhǔn)攪拌機(jī)。例如，目前國(guó)內(nèi)廠家基本都洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 5 使 用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，此攪拌機(jī)攪拌能力強(qiáng)，攪拌均勻、迅速，生產(chǎn)率高，對(duì)于干硬性、塑性及各種配比的混凝土，均能達(dá)到良好的攪拌效果。 電控系統(tǒng)的構(gòu)成 電控系統(tǒng)由 PLC、智能元件、傳感器、中間繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，如圖 12： 圖 12 電控系統(tǒng)構(gòu)成 PLC 采用三菱 FX2n 系列產(chǎn)品。它具有兼容性好和可靠性高的特點(diǎn)，為攪拌站的整個(gè)電控系統(tǒng)帶來(lái)了高質(zhì)高品的性能，也有利于用戶今后對(duì)攪拌站的更新與擴(kuò)展，我設(shè)計(jì)的混凝土攪拌機(jī)的 PLC 外部接線圖如 圖 13： RS232 打印機(jī) PC PLC 傳感器 智能元件 中間繼電器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 混 凝 土攪拌站 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 6 圖 13 PLC 外部接線圖 智能元件主要是指集顯示、變送和控制于一體的配料控制器。它有一個(gè) 0～ 5V 的模擬輸出接口板，其模擬部分精度適合于 % , %、%包裝秤使用。 傳感器主要包括稱重傳感器和行程開關(guān)等。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括骨料放料電磁法閥、水泥放料電磁法閥、水泵閥門、添加劑放料電磁閥、送料電機(jī)、攪拌電機(jī)等。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 7 稱重傳感器的選擇 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)主要采集的是各種物料的重量信號(hào)，故本系統(tǒng)選用的是壓力傳感器。壓力傳感器是稱重系統(tǒng)中的重要組成部分， 由各種壓力敏感元件將被測(cè)物重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)輸出，給稱重儀表顯示重量值，供控制或報(bào)警等使用。 影響稱重傳感器選型的因素： ①稱重傳感器選型應(yīng)考慮過(guò)負(fù)荷因素 ②可靠性 ③傳感器的防護(hù)等級(jí) ④攪拌站的規(guī)模和工作類型 ⑤稱重傳感器的準(zhǔn)確度 稱重傳感器的選型應(yīng)充分考慮以上一些因素外，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修、易于更換等條件。 工程機(jī)械攪拌設(shè)備用稱重傳感器的選型既要考慮混凝土攪拌樓站稱重系統(tǒng)的基本要求，又要兼顧稱重傳感器的運(yùn)行環(huán)境，還要削弱那些對(duì)稱重傳感器有重要影響的因素 ，合理地選擇使用傳感器。根據(jù)不同類型和規(guī)模的攪拌設(shè)備選用相應(yīng)的傳感器。 混凝土攪拌站要求的傳感器額定載荷從 1kg～ 4000kg 不等，骨料傳感器的稱量范圍最大，一般為 50kg～ 4500kg。外加劑傳感器的額定載荷最小，一般不超過(guò) 50kg。綜合分析了傳感器的量程和范圍、線性度、靈敏度和分辨率后，并且根據(jù)攪拌站中稱重傳感器的運(yùn)行環(huán)境，選用的是 HLF(1)型方懸臂梁高精度壓力傳感器，如圖 14： 圖 14 HLF(1)型方懸臂梁壓力傳感器 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 8 F 型傳 感器具有 % 的精度等級(jí)、 2mv/v 的靈敏度、 % 的非線性、士 %、 %F. S 的滯后和重復(fù)性、 %F. S/100℃的零點(diǎn)輸出溫度影響和額定輸出溫度影響、 15V (DC)的最大工作電壓，其額定載荷則為 1～ 20T。 F 型傳感器采用剪切結(jié)構(gòu)，抗偏載、抗側(cè)向能力強(qiáng)，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、綜合精度高、防塵、防潮、防水性能好的特點(diǎn)。特別適合于惡劣環(huán)境，如建筑、水利、化工、電力、港口等行業(yè)的工程機(jī)械，如攪拌站、打樁機(jī)、配料秤、料斗秤等。 小結(jié) 本章對(duì)混凝土攪拌站的組成、電控系統(tǒng)的構(gòu)成以及傳感器的選型作了簡(jiǎn)要的論述，使讀者對(duì)混凝土攪拌站的硬件系統(tǒng)有了一個(gè)大概的了解。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 9 第 2 章 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。再設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： ① 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前，要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合共同擬定電氣方案，協(xié)同解決實(shí)際中出現(xiàn)的各種問題。 ② 在滿 足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維護(hù)方便。監(jiān)控界面友好，簡(jiǎn)潔明快。 ③ 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 ④ 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 容量及 MCGS 監(jiān)控點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該留有余量。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟如圖 21 所示： 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 10 圖 21 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程