【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。 自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把 人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此，自動(dòng)化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 標(biāo)志。 它集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。本設(shè)計(jì)就 PLC 在機(jī)械控制上的應(yīng)用作了詳細(xì)闡述 。 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 德國(guó)于 1903 年建立了世界上第一個(gè)混凝土攪拌樓，隨后，美國(guó)于 1913 年，法國(guó)于 1933年，日本于 1949 年建立了攪拌樓。 70 年代到 80 年代隨著單片機(jī)的應(yīng)用，攪拌樓進(jìn)入了智能化時(shí)代 [2]。進(jìn)入 90 年代混凝土生產(chǎn)發(fā)展到商用攪拌站階段，也是攪拌設(shè)備發(fā)展最快的時(shí)期 [3]。目前，德國(guó)、美國(guó)、日本、意大利等國(guó)家生產(chǎn)攪拌設(shè)備的技術(shù)水平和可靠性方面處于領(lǐng)先地位?，F(xiàn)今同類產(chǎn)品中最為出色的是日本公司的 CB9美國(guó)托利多的 Panth，但其一個(gè)控制盒同時(shí)稱重多種物料的產(chǎn)品還難以可靠的對(duì)單通道進(jìn)行啟停、卸料等 操作，并且其稱量精度還有迸一步提升的空間 [4]。 我國(guó)自 60 年代開始研究混凝土攪拌樓，主要用于水利工程。 80 年代中期開始生產(chǎn)小型混凝土攪拌樓，用于工業(yè)與民用建筑工程。目前國(guó)內(nèi)還處在混凝土攪拌樓的研發(fā)階段，研發(fā)的配料機(jī)多數(shù)沿用 “提升上料，自落配料、開環(huán)控制 ”的設(shè)計(jì)模型。國(guó)內(nèi)專業(yè)的商用攪拌站還很少，并且國(guó)內(nèi)少數(shù)的商用攪拌站大多采用國(guó)外的生產(chǎn)裝置用?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)配料攪拌控制儀大多是單通道，如果要對(duì)水泥、泥沙、水、外添加劑進(jìn)行同時(shí)稱量，需要 4 個(gè)控制盒，通過上微機(jī)協(xié)調(diào)控制。顯然這種狀況制約了我國(guó)組建大型攪拌站。并且國(guó)內(nèi)生 產(chǎn)的配料攪拌控制盒在精度和穩(wěn)定性上與國(guó)外一流水平還有相當(dāng)大的距離。 混凝土配料設(shè)備的各階段新技術(shù)及其特點(diǎn)如表 所示 表 混凝土配料設(shè)備的各階段特點(diǎn) 年代 引入的新技術(shù) 特點(diǎn) 70 年代以前 配料攪拌機(jī)械 手動(dòng)機(jī)械、配料精度低、生產(chǎn)率低 70 到 80 年代 單片機(jī)技術(shù) 智能機(jī)械、生產(chǎn)率提高、精度提高、單通道控制器 90 年代 信息技術(shù) 大型配料系統(tǒng)、生產(chǎn)率大幅提高、管理方便、商業(yè)化 現(xiàn)今 智能算法與機(jī)械改進(jìn) 大型系統(tǒng)、精度大幅提高、多通道控制器 就技術(shù)工藝和設(shè)備的先進(jìn)性而言，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、 意大利、日本等國(guó)家生產(chǎn)的混凝土攪拌設(shè)備在總體技術(shù)水平和運(yùn)行性能方面處于世界前列，尤其在智能控制和運(yùn)行可靠性方而更是如此。其產(chǎn)品占據(jù)了世界工程機(jī)械的大部分市場(chǎng)，而且牢牢占據(jù)了高端市場(chǎng)，僅我國(guó) 240t／ h 以上的大型混凝土攪拌設(shè)備份額中，國(guó)外產(chǎn)品就占了 90％。 2020 年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)容量大約在 1200 臺(tái)左右，銷售額 30 億元左右。其中，國(guó)產(chǎn)混凝土攪拌設(shè)備銷量在 950 臺(tái)左右，多數(shù)以 240t／ h 以下的 (低端 )產(chǎn)品居多，銷售額 14 億元左右；進(jìn)口及外資產(chǎn)品銷售數(shù)量 250 臺(tái)左右，并以 240t／ h 以上的 (高端 )產(chǎn)品居多，銷售額在 16 億元左右。在市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的強(qiáng)烈刺激下，他們不斷改進(jìn)和完善整機(jī)性能，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，液壓和氣動(dòng)技術(shù)更是日益提高，電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，使全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 得工程機(jī)械產(chǎn)品到了機(jī)電液氣一體化發(fā)展的新時(shí)期 [5] 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 在建筑行業(yè)中，混凝土是建筑工程中應(yīng)用最廣泛的材科之一，箕經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)對(duì)于整個(gè)建筑工程的質(zhì)量和成本有著舉足輕重的關(guān)系?；炷劣伤唷⑺?、砂石、外添加劑等原材料制成。早期采用的是人工配料，即操作人員將各 種原料依次在磅秤上稱量，然后依次加入到攪拌器中，最后才進(jìn)行攪拌 攪拌就是充分混合的過程。因此，各種原料的重量是否符合預(yù)先設(shè)定的比例在很大程度上取決于計(jì)量入員摶技箍移工籜責(zé)任心。這稗配料方法存在效率低和 精度不高的缺點(diǎn)，直接影響建筑的質(zhì)量和成本。為了提高混凝土的強(qiáng)度 節(jié)約水泥和滿足技術(shù)要求，各種原材料必須嚴(yán)格按預(yù)先試驗(yàn)好的比例配合在一起?；炷僚淞蠑嚢杩刂葡到y(tǒng)就是對(duì)這幾種物料按比例進(jìn)行稱量然后再攪拌混合的智能化裝置。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 。兩且是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì) 高 強(qiáng)混凝土的可靠 保證 [6]。這些年來隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展， 迫切需要研制出兼顧速度和精度的混凝土配料控制系統(tǒng)。 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 本文在了解和分析工藝需求的基礎(chǔ)上 ,運(yùn)用自動(dòng)控制理論和技術(shù) ,分析和研究影響配料精度、配料速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性等因素的關(guān)鍵技術(shù) ,設(shè)計(jì)出一套性能良好的混凝土配料系統(tǒng)(硬件構(gòu)成和軟件實(shí)現(xiàn) ),實(shí)現(xiàn)整個(gè)攪拌站穩(wěn)定、快速地提供高質(zhì)量的混凝土 ,滿足工藝要求。主要研究?jī)?nèi)容和方法如下 ： (1)在分析影響混凝土配料控制精度的因素基礎(chǔ)上 ,通過大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ,研究和制定控制策略 。 (2)根據(jù)工藝要求 ,利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)提出系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。主要包括 :系統(tǒng)總體 結(jié)構(gòu)的組成、硬件元器件的選型、系統(tǒng)軟件平臺(tái)的選擇、配料系統(tǒng)各關(guān)鍵模塊的具體設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、操作界面的設(shè)計(jì)等。 (3)采用軟件模塊和對(duì)象化的設(shè)計(jì)方法 ,結(jié)合用戶需求設(shè)計(jì)開發(fā)監(jiān)控程序 ,并進(jìn)行軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試 ,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和優(yōu)化 ,使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)間。 (4)通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行 ,不斷完善參數(shù) ,以達(dá)到滿意的配料控制精度和速度 ,最后交付用戶使用。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2 混凝土配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 混凝土 配料控制系統(tǒng)的組成 配料控制系統(tǒng)由儲(chǔ)料倉(cāng)、給料系統(tǒng)、稱重計(jì)量系統(tǒng)、攪拌設(shè)備、混料設(shè)備、輸送設(shè)備及中心控制系 統(tǒng)幾部分組成 [7]。 (1)給料系統(tǒng) 螺旋給料系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，給料速度由電機(jī) (包括減速機(jī) )速度、螺旋給料器口徑和螺距來決定。適用于物料流動(dòng)性較好、配料精度要求較高、配料速度要求較慢的場(chǎng)合。為了提高配料速度和精度，可采用雙速電機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)螺旋給料機(jī)，粗加料時(shí)用高速，細(xì)加料時(shí)用低速。 料門給料系統(tǒng)適合物料流動(dòng)性好、配料速度要求快、精度要求相對(duì)較低的場(chǎng)合。通常使用雙氣缸實(shí)現(xiàn)料門兩種開口大小或一大一小兩個(gè)料門。在粗加料時(shí)將料門全部打開，達(dá)到一定量時(shí)將料門關(guān)閉一部分進(jìn)行細(xì)加料，達(dá)到預(yù)定量時(shí)將料門全部關(guān)閉。對(duì)于一些液體原 料 (如水等 )可采用電磁閥給料方式，這種方式控制相對(duì)簡(jiǎn)單、也可采用雙管路雙電磁閥控制，提高配料速度和精度。除了上述三種方式外，還有一些場(chǎng)合可以采用傳送帶、刮板、真空抽吸、震動(dòng)給料等方式。本系統(tǒng)采用螺旋給料機(jī)來供料。 (2)稱重計(jì)量系統(tǒng) 稱重計(jì)量系統(tǒng)是自動(dòng)配料系統(tǒng)的核心。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，稱重技術(shù)的進(jìn)步可謂之日新月異，稱重計(jì)量模式的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)的杠桿機(jī)械秤、機(jī)電結(jié)合式電子秤和傳感器式電子秤、電腦秤和微機(jī)控制秤等階段。 杠桿機(jī)械秤主要由秤斗和杠桿系統(tǒng)組成，其稱重速度慢、效率低、不能適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化的要求。 圖 電子秤是裝有電子裝置的一種衡器，它由承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) (如機(jī)械計(jì)量斗 )、稱重傳感器以及稱重儀表等組成 [8]。電子秤的結(jié)構(gòu)如圖 。 (3)中心控制系統(tǒng) 稱重計(jì)量系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)是自動(dòng)配料系統(tǒng)的核心。中心控制系統(tǒng)可采用單片機(jī)或者微機(jī)來實(shí)現(xiàn)?？刂粕嫌屑锌刂坪头植际娇刂频刃问?。前者考慮到對(duì)計(jì)算機(jī)的充分利用，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制和管理多路生產(chǎn)設(shè)備，造價(jià)相對(duì)低廉，但是這種控制方式控制任務(wù)過于集中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，則會(huì)影響全局 。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，低廉和功能完善的微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的問世，出現(xiàn)了分布式控制結(jié)構(gòu)，即由若干微處理器分別承擔(dān)部分稱量斗 傳感器 濾波保護(hù)放大 A/D 單片機(jī) 交流電源 按鍵與顯示 橋壓電源 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 任務(wù)，共同組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并且用一臺(tái)功能更強(qiáng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，這種結(jié)構(gòu)中的每一臺(tái)控制器功能都較為簡(jiǎn)單，但是可靠性更高，可維護(hù)性更好。 采用兩級(jí)分布式控制方式時(shí)，系統(tǒng)的下位機(jī)一般采用單片機(jī)為核心控制器，每臺(tái)控制器直接控制四臺(tái)秤，實(shí)現(xiàn)四路物料的定量給料。系統(tǒng)的上位機(jī)一般采用工控機(jī)。一臺(tái)上位機(jī)連接多臺(tái)下位機(jī)，用于生產(chǎn)線的集中管理。上位機(jī)具有數(shù)據(jù)采集和分類儲(chǔ)存的功能，還可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，完成集中監(jiān)視、 集中操作和集中管理等多項(xiàng)任務(wù)。系統(tǒng)的上下位機(jī)之間通過 RS485或 RS232等串行通訊總線進(jìn)行信息交換 [9]。 (4)攪拌設(shè)備 目前國(guó)內(nèi)的攪拌設(shè)備已趨于成熟，有 。例如市場(chǎng)主流的珠海仕高瑪 MAO 系列攪拌機(jī)具有以下功能： ① 配備多重軸端密封保護(hù)裝置及風(fēng)壓保護(hù)裝置，有效杜絕漏漿現(xiàn)象發(fā)生。 ② 獨(dú)有監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)控減速箱、卸料泵、潤(rùn)滑油泵等重要部件運(yùn)行狀態(tài)。 ③ 配備 380VAC 電動(dòng)時(shí)控潤(rùn)滑油泵。 ④ 可選配攪拌機(jī)稱重保護(hù)裝置。 ⑤ 重型設(shè)計(jì)，運(yùn)行穩(wěn)定。 混凝土配料及攪拌系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖 如下 圖 結(jié)構(gòu) 混凝土配料及攪拌系統(tǒng)中需要控制的部件 (1)PLC 主機(jī)：選擇西門子 S7—200226系列外部擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字模塊 EM221(8I)作為混凝土配料及攪拌系統(tǒng)過程中的控制主機(jī)。 (2)轉(zhuǎn)換開關(guān) SL:用于切換電路的手動(dòng)、單周期、連續(xù)工作過程 。 (3)啟動(dòng)按鈕 SB1：用于混凝土配料及攪拌系統(tǒng)的初始上電工作 。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 (4)停止按鈕 SB2：用于混凝土配料及攪拌系統(tǒng)的工作結(jié)束 。 (5)手動(dòng)石料 1按鈕 SB3：用于手動(dòng)控制石料 1電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (6)手動(dòng)石料 2按鈕 SB4：用于手動(dòng)控制石料 2電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (7)手動(dòng)石粉 1按鈕 SB5：用于手動(dòng)控制石粉 1電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (8)手動(dòng)石粉 2按鈕 SB6：用于手動(dòng)控制石粉 2電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (9)手動(dòng)瀝青按鈕 SB7：用于手動(dòng)控制瀝青電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (10)手動(dòng)石料料斗按鈕 SB8：用于手動(dòng)控制石料料斗電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (11)手動(dòng)石粉料斗按鈕 SB9：用于手動(dòng)控制石粉料斗電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (12)手動(dòng)瀝青料斗按鈕 SB10：用于手動(dòng)控制瀝青料斗電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (13)手動(dòng)攪拌機(jī)按鈕 SB11：用于手動(dòng)控制攪拌缸電機(jī) M 的啟動(dòng)和停止 。 (14)手動(dòng)閥門開關(guān) SB12：用于手動(dòng)控制攪拌缸閥門電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (15)石料 1脈沖計(jì)量傳感器 SB13：用于計(jì)量石料 1儲(chǔ)料倉(cāng)的放料數(shù)量 。 (16)石料 2脈沖計(jì)量傳感器 SB14：用于計(jì)量石料 2儲(chǔ)料倉(cāng)的放料數(shù)量 。 (17)石粉 1脈沖計(jì)量傳感器 SB15：用于計(jì)量石粉 1儲(chǔ)料倉(cāng)的放料數(shù)量 。 (18)石粉 2脈沖計(jì)量傳感器 SB16：用于計(jì)量石粉 2儲(chǔ)料倉(cāng)的放料數(shù)量 。 (19)瀝青脈沖計(jì)量傳感器 SB17：用于計(jì)量瀝青儲(chǔ)料倉(cāng)的放料數(shù)量 。 (20)石料料斗限位傳感器 SQ1：用于控制石料料斗電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (21)石粉料斗限位傳感器 SQ2：用于控制石粉料斗電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (22)瀝青料斗限位傳感器 SQ3：用于控制瀝青料斗電磁閥的啟動(dòng)和停止 。 (23)石料 1電磁閥 YV1：用于控制石料 1儲(chǔ)料倉(cāng)的放料與否 。 (24)石料 2電磁閥 YV2：用于控制石料 2儲(chǔ)料倉(cāng)的放料與否 。 (25)石粉 1電磁閥 YV3：用于控制石粉 1儲(chǔ)料倉(cāng)的放料與否 。 (26)石粉 2電磁閥 YV4：用于控制石粉 2