【正文】 soil mixing plant, is demanded increasingly in the aspects of precise measurement, reliable control and convenient management. Based on the analysis of relevant data about stabilized soil mixing plant at home and abroad, this paper takes the XC (WD) 500 weighing stabilized soil mixing plant of XCMG AG for study to research and design its control system. At first, it gives a prehensive introduction about the development of stabilized soil mixing plant, the home and overseas status of its control system etc. Secondly, this paper introduces the structure and position of stabilized soil mixing plant, and gives the analysis and design of its weighing system. Then it describes the controlling method of threephase squirrelcage asynchronous motors and highlights the principle and use of soft starter and frequency converter. At last, detailed research and design on control system based on PLC is given, as well as its simulation, according to the producing flow of the stabilized soil mixing plant. Simulation results and practical applications show that the control system of stabilized soil mixing plant based on PLC as this paper researches and designs has many features such as good uniformity and high precision etc. It meets the requirements of the production process well and reaches the reliable work standards of stabilized soil mixing plant. Keywords： Stabilized soil mixing plant。幾年來，在我國各地相繼修筑了大量的高速公路，從而加快了貨物的周轉(zhuǎn)速度，增加了貨物的周轉(zhuǎn)數(shù)量，提高了社會的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 選題背景及意義 我國自改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)一直處于健康快速發(fā)展時期，國家總體實力大大增強(qiáng)，有能力加大以能源、水利、交通和通訊等為重點的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資，以徹底改變我國基礎(chǔ)設(shè)施落后的狀況，改善投資環(huán)境，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。特別是國家及省市之間交通干道、高速公路的改擴(kuò)建等項目建設(shè)，更是 極大地促進(jìn)了廠拌設(shè)備的發(fā)展，廠拌設(shè)備的產(chǎn)量隨著各項工程的陸續(xù)展開正逐步增加，預(yù)計這種增長的趨勢會持續(xù)很長一段時間。 在穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的控制系統(tǒng)中，傳感器的性能直接決定測量系統(tǒng)的精 度，影響到穩(wěn)定土料種的配合比例，因而對穩(wěn)定土的生產(chǎn)質(zhì)量至關(guān)重要。顯然，繼電接觸器的控制方式已經(jīng)跟不上設(shè)備的快速發(fā)展。 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備有連續(xù)式和間歇式之分，兩者在計量原理、攪拌原理和混合料特性等方面均有不同。有關(guān)資料表明：在 20 世紀(jì) 80 年代初，前蘇聯(lián)科列明楚克筑路機(jī)械廠已生產(chǎn)有生產(chǎn)率在 240t/h，主機(jī)為連續(xù)作用的雙軸葉片式穩(wěn)定土廠拌設(shè)備；日本新瀉鐵工所生產(chǎn)有 NM 系列生產(chǎn)率為 40— 300t/h 和 NMD 系列生產(chǎn)率為 120— 600t/h 的兩大系列穩(wěn)定土廠拌設(shè)備，主機(jī)分別為雙軸葉片連續(xù)式和鼓筒式。此外還具有完善的報警控制功能。 20 世紀(jì) 90 年代以前，我國的公路基層材料主要采用路面現(xiàn)場拌合（路拌）施工工藝。但是同國外同類型產(chǎn)品相比，還是存在著相當(dāng)?shù)牟罹?，主要體現(xiàn)在以下的幾個方面： （ 1） 國產(chǎn)設(shè)備級配精度低。國外最大的生產(chǎn)率為 1200t/h，國內(nèi)的最大 的生產(chǎn)率目前只有 700~800t/h。 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的 關(guān)鍵技術(shù) 和發(fā)展趨勢 無襯板攪拌器 近年來，國外一些公司針對穩(wěn)定材料的特性和連續(xù)攪拌的特點，對強(qiáng)制連續(xù)式攪拌器進(jìn)行了改進(jìn)，取消了襯板，研制成 新型無襯板攪拌器。無襯板攪拌器經(jīng)過試驗和使用，已進(jìn)入使用階段，現(xiàn)廣泛用于穩(wěn)定土廠拌設(shè)備中 [2]。目前，研究和解決細(xì)粒料中含水率的快速連續(xù)檢測技術(shù)受到個生產(chǎn)廠家的普通重視，電容式、中子式、紅外線等粒料含水率快速連續(xù)檢測儀即將推向市場。結(jié)構(gòu)模塊化是固定式穩(wěn)定土廠拌 設(shè)備的必由之路。 建立用戶聯(lián)絡(luò)控制中心 通訊技術(shù)發(fā)展迅速，一些廠家便充分利用國際電話網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)可靠的通訊手段與電子計算機(jī)技術(shù)，同用戶建立直接聯(lián)系，在生產(chǎn)設(shè)備廠家設(shè)立控制中心，控制中心的計算機(jī)和用戶廠拌設(shè)備的控制計算機(jī)通過國際通訊網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，用控制中心的計算機(jī)能及時查詢用戶設(shè)備的工作運轉(zhuǎn) 情況，亦能方便地調(diào)節(jié)和改變用戶設(shè)備的工作狀態(tài)，讓用戶盡快掌握廠拌設(shè)備的使用技術(shù)。 （ 1） 根據(jù)生產(chǎn)率大小：穩(wěn)定土廠拌設(shè)備可分為小型（生產(chǎn)率小于 200t/h）、中型（生產(chǎn)率 200~400t/h）、大型（生產(chǎn)率 400~600t/h）和特大型（生產(chǎn)率大于 600t/h）4 種。 移動式廠拌 設(shè)備是將全部裝置安裝在一個專用的拖式底盤上，形成一個較大型的半掛 車，可以及時轉(zhuǎn)移施工地點。采用這種布局的設(shè)備在轉(zhuǎn)移工地時將主要的部件安裝在一個或幾 個特制的底盤上，形成一組或幾組半掛車或全掛車形式，依靠拖動來轉(zhuǎn)移工地，而將小的部件采用就可拆裝搬移的方式，依靠汽車運輸完成工地轉(zhuǎn)移。 固定式廠拌設(shè)備固定安裝 在預(yù)先選好的場地上，一般不需要搬遷，形成一個穩(wěn)定材料生產(chǎn)工廠。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 圖 2 1 WD500 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備 結(jié)構(gòu)組成 配料機(jī)組 配料機(jī)組部分主要完成骨料的稱量與輸送，分別將不同類骨料或同類骨料的不同料徑計量送出 。出料閘門安裝在料斗下方，調(diào)節(jié)開啟高度可改變配料皮帶輸送機(jī)的供料量。用電子傳感器測出物料單位時間內(nèi)通過的重量信號，并根據(jù)重量信號調(diào)節(jié) 皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)速。供水系統(tǒng)由水箱、水泵、三通閥、節(jié)流閥、流量計、管路和噴水管等組成。 清掃裝置有托輥式、螺旋式和刮板式等，其作用是清除粘附在輸送皮帶上的物料，在皮帶輸送機(jī)上方應(yīng)安裝有罩殼，以防止塵土及粉料的飛揚。當(dāng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)時，由斜置集料皮帶輸送機(jī)輸入攪拌機(jī)的各種物料，在旋轉(zhuǎn)葉漿的作用下、一邊被拌和、一邊被推向出料方向，這樣可保證連續(xù)進(jìn)料、攪拌和出料。當(dāng)混合料存 倉裝滿拌和好的成品混合料時，可用手動控制液壓系統(tǒng)打開放料門，將混合料卸入自卸汽車運往施工工地。 本系統(tǒng)采用 380V， 50Hz 交流電源供電，控制電源則采用 220V 交流電。 配料稱重控制系統(tǒng) 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的傳統(tǒng)計量方式是容積式計量方式，即通過改變料門高度和調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變物料的配比。本產(chǎn)品 WD500 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備對骨料和粉料的動態(tài)電子計量設(shè)備有所不同，粉料計量一般采用螺旋電子秤，骨料計量則采用電子皮帶秤。由于該動態(tài)計量過程具有封閉的反饋、比較、運算 環(huán)節(jié)，經(jīng)實際驗證其計量精度達(dá) 1%3%。 （ 1） 秤架 對整機(jī)型配料皮帶秤而言，秤架實際上就是一臺小型皮帶機(jī)，用以將物料從料倉中拖出并輸送。 （ 2）重力傳感器 當(dāng)物料通過稱量段時，由秤框傳遞物料重量到重力傳感器，重力傳感器再將重量轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的毫伏電壓信號送出，從而完成重量到電信號的轉(zhuǎn)換。 （ 4）變送器 由于重力傳感器與速度傳感器只能輸出微弱的毫伏信號，故由 變送器 將其放大并以電流形式輸出。 本產(chǎn)品采用變頻器 作為調(diào)速裝置，對異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。但由于儀表運算是微機(jī)的數(shù)字運算，故只能每隔 一段時間采樣一次，當(dāng)采樣頻率足夠高時，即可達(dá)到與連續(xù)積分相同的效果，其基本表達(dá)式為： (21) 式中 : /m 以上為經(jīng)典的皮帶秤累計的數(shù)學(xué)模型，但實踐中常根據(jù)具體情況進(jìn)行簡化。改變調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)物料運量的多少。 3%，而粉料的計量精度要求為177。 目前，穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的粉料計量系統(tǒng)一般采用兩種方式：減法秤稱量系統(tǒng)和螺旋電子秤稱量系統(tǒng)。在實際工業(yè)現(xiàn)場，由于倉壓、環(huán)境等因素容易造成粉料堵塞或瞬間流量的增大，易引起粉料的偶然超差，影響粉料的計量精度。螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速在連續(xù)工作狀態(tài)下保持恒定。由于沒有顯示儀表，設(shè)定和調(diào)節(jié)比較麻煩，只能根據(jù)經(jīng)驗和實踐來確定水的流量。雖然克服了設(shè)定 和調(diào)節(jié)的麻煩，但其計量精度仍然受到水質(zhì)、水壓等因素的影響，計量精度較低，精度可達(dá)到 1%%。 第三章 三相籠型 異步電動機(jī)的控制系統(tǒng) 三相籠型異步電動機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、堅固耐用等優(yōu)點獲得了廣泛的應(yīng)用。主電路由自動開關(guān) QA0、接觸器 QA1 的主觸點、熱繼電器 BB 的熱元件和電動機(jī) MA 構(gòu)成。這樣當(dāng)松開啟動按鈕 SF2 后，接觸器的線圈仍能通過其輔助觸點通電并保持吸合狀態(tài)。 控制線路的保護(hù)環(huán)節(jié) （ 1）短路保護(hù) 當(dāng)控制線路發(fā)生斷路故障時，控制線路應(yīng)能迅速切除電源 ，自動開關(guān)可以完成主電路的短路保護(hù)任務(wù)， 熔斷器 FA 完成控制線路的短路保護(hù)任 務(wù) 。在電動機(jī)啟動時間不長的情況下，熱繼電器是不會動作的。 在電動機(jī)正常運行時，電源電壓過分降低會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降和轉(zhuǎn)矩降低。 圖 31 所示電路中，依靠接觸器本身實現(xiàn)欠壓和失壓保護(hù)。 以上三種保護(hù)是三相籠型異步電動機(jī)常用的保護(hù)環(huán)節(jié)，它對保證三相籠型異步電動機(jī)安全運行非常重要。 Q A 1B BQ A 0M3 ～M AQ A 2B BQ A 1 Q A 2S F 1S F 2S F 3Q A 1Q A 1Q A 2Q A 2S F 1S F 2S F 3Q A 1Q A 1Q A 2Q A 2B BS F 2S F 3Q A 2Q A 1（ a ） “ 正 停 反 ” 控 制 （ b ） “ 正 — 反 停 ” 控 制 圖 3 2 正反向工作控制線路 如圖 32 所示控制線路中，啟動電動機(jī)時，必須要避免觸點 QA1 和觸點 QA2 同時閉合，以防止電源發(fā)生短路。所以此電路稱作“正 停 反”控制。 Q A 1B BQ A 0M3 ～M AB BS F 1S F 2S F 3 S F 4Q A 1Q A 1 圖 3 3 實現(xiàn)多 地點控制線路 要在兩地進(jìn)行控制，就應(yīng)該有兩組按鈕，而且這兩組按鈕的連接原則必須是：接通電路使用的常開按鈕要并聯(lián)，即邏輯“或”的關(guān)系；斷開電路使用的常閉按鈕應(yīng)串聯(lián)，即邏輯“與非”的關(guān)系。例如本文所研究的 XC500 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備，設(shè)備中有骨料配料系統(tǒng)、粉料計量系統(tǒng)、集料皮帶機(jī)、上料皮帶機(jī)和攪拌系統(tǒng)等都要用到動力驅(qū)動裝置，控制系統(tǒng)要求這幾個電動機(jī)之間要按照一定順 序啟動和制動。將電動機(jī) MA1 的接觸器 QA1 的常開輔助觸點串入控制電動機(jī) MA2 的接觸器 QA2 的線圈電路中，這樣只有先開啟電動機(jī) MA1 后，才能開啟電動機(jī) MA2，可以實現(xiàn)按順序工作的聯(lián)鎖要求；圖（ b）所示是采用時間繼電器，按時間順序啟動的控制線路。 三相籠型異步電動機(jī)降壓啟動控制線路 較大容量的籠型異步電動機(jī)（大于 10KW）直接啟動時，電流為其標(biāo)稱額定電流的 4～ 8倍，啟動電流較大，會對電網(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊，所以一般都采 用降壓方式來啟動。其中定子電路串電阻和延邊三角形方法已基本不使用，常用的方法是星形 —— 三角形降壓啟動和使用軟啟動器。 Q A 1B BQ A 0M3 ～B BS F 1S F 2Q A 1Q A △K F K FQ A YQ A △Q A 1 Q A Y K F Q A △Q A △Q A YM A 圖 3 5 星形 —— 三角形啟動控制線路 圖 35 所示為星形 —— 三角形降壓啟動控制線路。 星形 —— 三角形啟動的優(yōu)點是星形啟動電流降為原來三角形接法直接啟動時的 1/3，啟