【文章內(nèi)容簡介】 影響稱重傳感器選型的因素：①稱重傳感器選型應(yīng)考慮過負荷因素 ； ②可靠性 ； ③傳感器的防護等級 ； 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)簡單、體積小、重量輕、價格便宜、易于維修、易于更換等條件。工程機械 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行環(huán)境，還要削弱那些對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行環(huán)境，選用的是 ZHSB型懸臂梁稱重傳感器，如圖 。 圖 ZHSB 型懸臂梁稱重傳感器 ZHSB 型傳感器具有 % 的精度等級、 2177。 、 %青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 的非線性、 177。 %、 %F. S 的滯后和重復(fù)性、%F. S/10℃的零點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 ～ 25T。 ZHSB 型傳感器采用剪切結(jié)構(gòu)，抗偏載、抗側(cè)向能力強，具有動態(tài)響應(yīng)快、綜合精度高、防塵、防潮、防水性能好的特點。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)的工程機械，如攪拌站、打樁機、配料秤、料斗秤等。 [5] 小結(jié) 本章對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做了論述，使讀者對混凝土攪拌站的硬件系統(tǒng)有了一個大概的了解。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第三章 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與主要內(nèi)容 設(shè)計的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控制對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： （ 1） PLC 的選擇除 了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，應(yīng)盡量選擇主流機型； （ 2） 最大限度的滿足被控對象的控制要求 ,設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜索資料，并與機械部分的設(shè)計人員和實際操作人 員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題； （ 3） 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便 ； （ 4） 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠 ； （ 5） 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇 PLC 容量時，應(yīng)適當(dāng)留有 裕量。 [7] 設(shè)計的主要內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸寫、輸出設(shè)備連接而成的，用 以完成預(yù)期的控制目的與相應(yīng)的控制要求。因此， PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括： （ 1） 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以及所提出的各項控制指標(biāo)與經(jīng)濟預(yù)算，首先進行系統(tǒng)的總體設(shè)計。 （ 2） 根據(jù)控制要求基本確定數(shù)字 I/O 點和模擬量通道數(shù)，進行 I/O 點初步分配，繪制 I/O 使用資料圖。 （ 3） 進行 PLC 系統(tǒng)配置設(shè)計，主要為 PLC 的選擇。 PLC 是 PLC 控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC 對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇 PLC 應(yīng)包括機型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇 等。 （ 4）選擇用戶輸入設(shè)備（按扭、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 機、電磁閥等），這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。 （ 5）設(shè)計控制程序。在深入了解與掌握控制要求、主要控制的基本方式以及完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和連鎖等方面情況之后，對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可用狀態(tài)流程圖形式全面表達出來。必要時還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這樣可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng) 流程圖、編制語句表達程序清單。控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 [7] 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖 圖 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖 PLC系統(tǒng)軟件及工作過程 PLC 的系統(tǒng)軟件是 PLC 工作所必須的軟件。只有在系統(tǒng)軟件的支持下， PLC才能對用戶編寫的應(yīng)用程序進行解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返確定控制對象和 控制任務(wù) PLC型號 與 編程 軟件的選擇 I/O 及監(jiān)控地址分配 軟件設(shè)計及模擬調(diào)試 聯(lián)機調(diào)試 修改軟件或硬件 符合控制要求 ？ 編程技術(shù)文章 現(xiàn)場安裝調(diào)試 交付使用 電氣系統(tǒng)設(shè)計 硬件組裝 通電實驗 正確？ N N Y Y 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 回到程序的起始又開始新一輪的循環(huán) 。 PLC 的這種工作方式稱為循環(huán)掃描工作方式。 了解掃描工作方式的工作過程對我們編制更合理的用戶程序有很好的幫助。下面將簡要介紹這種工作方式，然后探討一下在編制程序時的相應(yīng)的注意事項。PLC 的掃描工作方式主要包括以下幾個步驟： (1) 掃描前的自檢。 PLC 在每次掃描前由系統(tǒng)軟件安排一次自檢，如果發(fā)現(xiàn)故障則發(fā)出報警故障及報警性質(zhì)。若為一般故障， PLC 報警，但不停機；若為嚴(yán)重故障，則停止運行用戶程序。 (2) I/O 狀態(tài)的刷新。包括兩種操作：一是采樣輸入信號。 PLC 的輸入是生產(chǎn)現(xiàn)場信號經(jīng)過輸入端子，進行光電隔離以 提高抗干擾能力后送入輸入緩沖器，當(dāng) PLC 進行輸入采樣時緩沖器中的內(nèi)容才送到 PLC 的輸入映像寄存器，每次采樣PLC 從輸入映像寄存器中讀取到各輸入點的狀態(tài)，因此輸入映像寄存器 只有在采樣時才會與輸入信號一致，其他時間輸入映像寄存器的內(nèi)容將保持不變；二是刷新輸出信號。 PLC 接收輸入后執(zhí)行用戶程序，將運算結(jié)果送至輸出映像寄存器，在每次用戶程序結(jié)束后進行刷新，將輸出映像寄存器中的運算結(jié)果送至輸出鎖存器，再通過輸出驅(qū)動電路送到輸出端子驅(qū)動負載。與輸入相類似，只有在輸出刷新時輸出狀態(tài)才改變，刷新后的狀態(tài)要保持到下次刷新為止 。由于通常來說 PLC掃描周期很短 (依賴于程序長短和掃描速度 )，每次 I/O 刷新間隔很小，所以可以認(rèn)為其輸入輸出是及時的。 (3) 用戶程序的執(zhí)行。用戶程序執(zhí)行時，按順序從零步開始逐步執(zhí)行 直至程序結(jié)束。執(zhí)行時有監(jiān)視定時器進行監(jiān)視，當(dāng)掃描出現(xiàn)異常而超時 ，發(fā)出報警并禁止所有輸出。 (4) 執(zhí)行外設(shè)指令。每次用戶程序執(zhí)行完后，如果外設(shè)有中斷請求， PLC 就進入中斷服務(wù)程序 ,否則 PLC 自動進行循環(huán)掃描 。 上述便是 PLC 的工作過程。從其工作過程可見：①掃描工作方式，輸入、輸出原理上存在滯后，而且掃描周期越長，滯后越嚴(yán)重；② 掃描周期除了用戶程序執(zhí)行時間還包括 PLC 自檢時間和中斷服務(wù)時間；③程序合理設(shè)計可以很好降低輸入輸出的滯后時間。因此 ，設(shè)計程序時要多加考慮程序的合理性 ，在 PLC 應(yīng)用程序編制時，不僅要盡量使用最少的語句實現(xiàn)相同的功能還要力求程序結(jié)構(gòu)和語句順序的合理性。 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，其掃描過程如圖 所示。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 電 源 O NC P U 正 常 否 ？1致 命 錯 誤 ？2存 放 自 診 斷 錯 誤 結(jié) 果C P U 強 制 為S T O P2內(nèi) 部 處 理通 信 操 作更 新 時 鐘 和 特 殊 寄 存 器C P U 運 行 方 式輸 入 處 理程 序 執(zhí) 行1輸 出 處 理執(zhí) 行 自 診 斷S T O PYNYNR U N圖 PLC循環(huán)掃描工作方式 可編程控制器的選用 進行 PLC 選 型是，應(yīng)從以下幾個方面進行考慮。 1） I/O 點數(shù)問題 當(dāng)控制對象 I/O 點在 60 點以內(nèi)， I/O 點數(shù)比為 3:2 時選用整體式（小型）PLC 較為經(jīng)濟；當(dāng)控制對象 I/O 點在 100300 點左右，選用中小型模塊式的較為合理；當(dāng)控制對象 I/O 點在 500 點以上是就選用大型 PLC。 2） 對象 I/O 類型問題 I/O 類型也是決定 PLC 選型的重要因素之一，一般而言，多數(shù)小型 PLC 只具青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 有開 關(guān)量 I/O； PID、 A/D、 D/A、位控功能一般只有大、中型 PLC 才有。 3） 聯(lián)網(wǎng)通信問題 聯(lián)網(wǎng)通訊是影響 PLC 選型的重要因素之一，一般而言，小型 PLC 沒有通訊功能。而大型 PLC 一般都有各種標(biāo)準(zhǔn)的通信模塊可供選擇 。 4） 系統(tǒng)響應(yīng)時間問題 系統(tǒng)響應(yīng)時間也是影響 PLC 選型的重要因素之一，一般而言，小型 PLC 掃描時間為 1020ms/kb；中型 PLC 掃描時間在 10ms/kb 一下；大型 PLC 掃描時間在1ms/kb 以下，而系統(tǒng)響應(yīng)時間約為 2 倍的掃描周期。 5） 可靠性問題 應(yīng)從系統(tǒng)可靠性角度，決定 PLC 的類型和組網(wǎng)形式 ，比如對可靠性要求極高的系統(tǒng)，可考慮用雙 CPU 型 PLC 或冗余控制系統(tǒng) /熱備用系統(tǒng)。 6） 程序存貯器問題 在 PLC 選型過程中， PLC 內(nèi)存容量、型式也是必須考慮的重要因素。通常的計算方法是： I/O 點數(shù) *8（開關(guān)量） +100*模擬量通道數(shù)（模擬量） +120*（ 1+采樣點數(shù) *）（多路采樣控制）。進行 PLC 選型時，不要盲目地追求過高的性能指標(biāo)。另外， I/O 點數(shù)，存貯容量應(yīng)留有一定的余量以便實際工作中的調(diào)整。 確定 PLC 的型號后，就必須對各種模塊進行選型，開關(guān)量 模塊的選型主要涉及到如下幾個問題： ①外部接線方式問題。 I/O 模塊一般分為獨立式、分組式和匯點式。通常，獨立式的點均價格較高，如果實際系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號之間不需要隔離可考慮選擇后兩種。 ②點數(shù) 問 題。前面所說，點數(shù)是影響 PLC 選型的重要因素，同樣在 進行 1/0模塊的選型時也必須根據(jù)具體點數(shù)的多少選擇恰當(dāng)?shù)?1/0 模塊。一般而言，點數(shù)多的點均價就低。 ③開關(guān)量輸入模塊。通常的開關(guān)量輸入模塊類型有有源輸入、無源輸入、光電接近傳感器等輸入。進行開關(guān)量輸入模塊的選型時必須根據(jù)實際系統(tǒng)運行中的要求綜合考慮。 ④開關(guān)量輸出模塊。通常的開關(guān)量輸出模塊類型有繼電器輸出、可控硅輸出和晶體管輸出。在開關(guān)量輸出模塊的選型過程中，必須根據(jù)實際系統(tǒng)運行要求及要求輸出的電壓等級進行相應(yīng)的選型。 本系統(tǒng)中的稱重系統(tǒng)主要為電子秤，它們所提供的模擬量和其它一些安全監(jiān)測傳感器所提供的開關(guān)量 ，作為 PLC 準(zhǔn)確控制的依據(jù)。 模擬輸入量包括沙料、石料等重量。 開關(guān)輸入量有 ： 系統(tǒng)開關(guān)按鈕；攪拌機（翻斗門）的上限位、下限位； 沙料青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 箱、石料箱閘門開關(guān)；各 種機器故障；報警消鈴；手動回零等。 PLC 的開關(guān)量輸出有：攪拌機、石料輸送機、沙料輸送機、水泥螺旋輸送機、水泵、添加劑螺旋輸送機、翻斗機、傳送帶等。這些信號經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。 本系統(tǒng)需要配置的 1/0 點如下： 2 個模擬量輸入 , 19 個開關(guān)量輸入 ,22 個開關(guān)量輸出。 根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項目選擇了 西門子 的模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)S7200，它 能滿 足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu) 和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得 S7200 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的方案。 S7200 系列所具有的多種性能遞增的 CPU 和豐富的且?guī)в性S多方便功能的 1/0 擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對 PLC 進行擴展。 SIMATIC S7200 所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。 此外， S7200 系列 PLC 還具 有模塊點數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。 編程軟件的選擇 及編程語言 軟件開發(fā)采用與 S7200PLC 配套的 STEP7Micro/WIN32 編程軟件。該軟件功能強大，界面友好，并有方面的聯(lián)機幫助功能 。用戶可利用該軟件開發(fā) PLC 應(yīng)用程序，同時也可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。該軟件采用與電氣控制電路圖相呼應(yīng)的梯形圖語言編寫控制程序， 信號流清晰明了，便于工作人員閱讀。在設(shè)計輸入輸出點采用集中管理，大大簡化了程序，也有利于軟件的后續(xù)升級和維護。 PLC 的應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件 是指為完成實際的控制任務(wù)而編寫的各種軟件。它與具體的生產(chǎn)工藝緊密相關(guān)，隨著生產(chǎn)工藝的不同而不同。因此，在應(yīng)用軟件的編寫之前編程人員必須深入現(xiàn)場，然后嚴(yán)格按照生產(chǎn) 工 藝的要求來編制控制程序。 此外，應(yīng)用軟件與硬件密不可分，他們共同合作，互相彌補來完成生產(chǎn)工藝所要求的控制功能，在進 PL