【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 選用的是 HLF(1)型方懸臂梁高精度壓力傳感器，如圖 24：9圖 24 HLF(1)型方懸臂梁壓力傳感器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。103 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 [17]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(wèn)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?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟如圖 31 所示：NNYY確定控制對(duì)象和控制任務(wù)PLC 及組態(tài)軟件的選擇I/O 及監(jiān)控地址分配軟件設(shè)計(jì)及模擬調(diào)試 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件組裝通電實(shí)驗(yàn)正確？符合控制要求？聯(lián)機(jī)調(diào)試編制技術(shù)文章現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試交付使用修改軟件或硬件圖 31 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖11　 PLC 的工作原理 [16]PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，其掃描過(guò)程如圖 32 所示。STOPRUN內(nèi)部處理通信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理CPU 運(yùn)行方式更新時(shí)鐘和特殊寄存器電源 ONCPU 正常否 ?執(zhí)行自診斷112存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果致命錯(cuò)誤?CPU 強(qiáng)制為 STOP2圖 32 PLC 循環(huán)掃描工作方式 這個(gè)工作過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段，PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。在通信操作服務(wù)階段，PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng) PLC 處于停(STOP)狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)操作等內(nèi)容。在 PLC 處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作 [11]。 ①輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其12映像寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 ②程序執(zhí)行 根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC 從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對(duì)應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中，對(duì)每個(gè)器件而言，器件映像寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。 ③程序處理 程序執(zhí)行完以后，將輸出映像寄存器，即器件映像寄存器中的 Y 寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC 的掃描既可按固定的順序進(jìn)行，也可按用戶程序所指定的可變順序進(jìn)行。這不僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮尉蛨?zhí)行一次，而目也因?yàn)樵谝恍┐笙到y(tǒng)中需要處理的 I/O 點(diǎn)數(shù)多，通過(guò)安排不同的組織模塊，采用分時(shí)分批掃描的執(zhí)行方法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。 循環(huán)掃描的工作方式是 PLC 的一大特點(diǎn)，也可以說(shuō) PLC 是“串行”工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。PLC 的串行工作方式避免了繼電器控制系統(tǒng)中觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問(wèn)題。 由于 PLC 是掃描工作過(guò)程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。暫存在輸出映像寄存器中的輸出信號(hào)，等到一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束，CPU 集中將這些輸出信號(hào)全部輸送給輸出鎖存器。由此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個(gè)掃描周期。換言之，輸入輸出的狀態(tài)保持一個(gè)掃描周期。掃描周期是 PLC 一個(gè)很重要的指標(biāo)，小型 PLC 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。PLC 的掃描時(shí)間取決于掃描速度和用戶程序長(zhǎng)短。毫秒級(jí)的掃描時(shí)間對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備通常是可以接受的，PLC 的響應(yīng)滯后是允許的。但是對(duì)某些 I/O 快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)采取相應(yīng)的措施。如選用高速 CPU，提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時(shí)間。影響 I/O 滯后的主要原因有:輸入濾波器的慣性。輸出繼電器接點(diǎn)的慣性。程序執(zhí)行的時(shí)間。程序設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)母郊佑绊懙取?3 可編程控制器的選用及組態(tài)軟件選擇 [15]3. 可編程控制器的選用進(jìn)行 PLC 選型時(shí)，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:1)I/O 點(diǎn)數(shù)問(wèn)題 當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 60 點(diǎn)之內(nèi)，I/O 點(diǎn)數(shù)比為 3:2 時(shí)選用整體式(小型)PLC 較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 100300 點(diǎn)左右，選用中小型模塊式的較為合理。當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 500 點(diǎn)以上時(shí)就必須選用大型 PLC。 2)I/O 類型問(wèn)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 只具有開(kāi)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(wèn)題 聯(lián)網(wǎng)通訊是影響 PLC 選型的重要因素之一，多數(shù)小型機(jī)提供較簡(jiǎn)單的 RS232 通訊口，少數(shù)小型 PLC 沒(méi)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(shí)間問(wèn)題 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)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(shí)間為 1020ms/kb。中型 PLC 掃描時(shí)間在 10ms/kb 以下。大型 PLC 掃描時(shí)間在 1 ms/kb 以下，而系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間約為 2 倍的掃描周期。 5)可靠性問(wèn)題 應(yīng)從系統(tǒng)的可靠性角度，決定 PLC 的類型和組網(wǎng)形式，比如對(duì)可靠性要求極高的系統(tǒng)，可考慮選用雙 CPU 型 PLC 或冗余控制系統(tǒng)/熱備用系統(tǒng)。 6)程序存貯器問(wèn)題 在 PLC 選型過(guò)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(jì)算方法是:I/O 點(diǎn)數(shù)8(開(kāi)關(guān)量)+100 模擬量通道數(shù)(模擬量)+120 (1+采樣點(diǎn)數(shù) )(多路采樣控制)。進(jìn)行 PLC 選型時(shí)，不要盲目地追求過(guò)高的性能指標(biāo)。另外，I/O 點(diǎn)數(shù)，存貯容量應(yīng)留有一定的余量以便實(shí)際工作中的調(diào)整。確定 PLC 的型號(hào)以后，就必須對(duì)各種模塊進(jìn)行選型，開(kāi)關(guān)量模塊的選型主要涉及到如下幾個(gè)問(wèn)題:①外部接線方式問(wèn)題。I/O 模塊一般分為獨(dú)立式、分組式和匯點(diǎn)式。通常，獨(dú)立式的點(diǎn)均價(jià)格較高，如果實(shí)際系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)之間不需隔離可考慮選擇后兩種。14②點(diǎn)數(shù)問(wèn)題。前面所說(shuō)，點(diǎn)數(shù)是影響 PLC 選型的重要因素，同樣在進(jìn)行 I/O 模塊的選型時(shí)也必須根據(jù)具體點(diǎn)數(shù)的多少選擇恰當(dāng)?shù)?I/O 模塊。一般而言，點(diǎn)數(shù)多的點(diǎn)均價(jià)就低。③開(kāi)關(guān)量輸入模塊。通常的開(kāi)關(guān)量輸入模塊類型有有源輸入、無(wú)源輸入、光電接近傳感器等輸入。進(jìn)行開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選型時(shí)必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中的要求綜合考慮。④開(kāi)關(guān)量輸出模塊。通常的開(kāi)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(kāi)關(guān)量輸出模塊的選型過(guò)程中，必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行要求及要求輸出的電壓等級(jí)進(jìn)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(cè)傳感器所提供的開(kāi)關(guān)量，作為 PLC 準(zhǔn)確控制的依據(jù)。 模擬輸入量包括砂料、石料等重量。開(kāi)關(guān)輸入量有:系統(tǒng)開(kāi)關(guān)按鈕；攪拌機(jī)（翻斗門）的上限位、下限位；沙料箱、石料箱閘門開(kāi)關(guān)。各種機(jī)器故障；報(bào)警銷鈴；手動(dòng)回零等。 PLC 的開(kāi)關(guān)量輸出有: 攪拌機(jī)、石料輸送機(jī)、沙料輸送機(jī)、水泥螺旋輸送機(jī)、水泵、添加劑螺旋輸送機(jī)、翻斗機(jī)、傳送帶等。這些信號(hào)經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本系統(tǒng)需要配置的 I/O 點(diǎn)如下: 2 個(gè)模擬量輸入。 19 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入。 22 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出。 根據(jù)對(duì)上述控制任務(wù)的分析，本項(xiàng)目選擇了 Siemens 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(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)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(jì)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 I/O 擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加的模塊對(duì) PLC 進(jìn)行擴(kuò)展。SIMATIC S7200 所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，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(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。153. 組態(tài)軟件選擇 所謂工控組態(tài)軟件是利用系統(tǒng)軟件提供的工具，通過(guò)簡(jiǎn)單形象的組態(tài)工作，構(gòu)成系統(tǒng)所需的軟件。組態(tài)軟件正在代替各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)，易學(xué)易用，深受工程開(kāi)發(fā)人員的青睞。 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的軟件開(kāi)發(fā)商和 DCS 生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件品種繁多，如Intellution 公司的 Fix DMACS，西門子公司的 WinCC，研華公司的 Genie 等等。組態(tài)軟件大都由專業(yè)軟件公司開(kāi)發(fā)，提高了系統(tǒng)的成功率和可靠性，減輕了工程開(kāi)發(fā)人員的工作量。 組態(tài)軟件通常有以下幾方面的功能 [14]: (1)強(qiáng)大的畫(huà)面顯示組態(tài)功能。目前，工控組態(tài)軟件大都運(yùn)行于 windows 環(huán)境下，充分利用 windows 的圖形功能完備，界面美觀的特點(diǎn)，提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲的繪制出各種工業(yè)畫(huà)面，并可任意編輯，從而將開(kāi)發(fā)人員從繁重的畫(huà)面設(shè)計(jì)中解放出來(lái)，豐富的動(dòng)畫(huà)連接方式，如隱含、閃爍、移動(dòng)等等，使畫(huà)面生動(dòng)、直觀。 （2）良好的開(kāi)放性。社會(huì)化的大生產(chǎn)，使