【文章內(nèi)容簡介】 需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠遠不能滿足當前高度自動化的需要。減輕勞動強度，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)濟效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。 自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務和家庭等方面。采用自動化技術(shù)不僅可以把 人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界的能力。因此，自動化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 標志。 它集成自動控制技術(shù)、計量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計算機管理技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品；充分利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(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，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，配置靈活、組態(tài)方便。本設(shè)計就 PLC 在機械控制上的應用作了詳細闡述 。 國內(nèi)外的發(fā)展概況 德國于 1903 年建立了世界上第一個混凝土攪拌樓，隨后，美國于 1913 年，法國于 1933年，日本于 1949 年建立了攪拌樓。 70 年代到 80 年代隨著單片機的應用，攪拌樓進入了智能化時代 [2]。進入 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)展最快的時期 [3]。目前，德國、美國、日本、意大利等國家生產(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。現(xiàn)今同類產(chǎn)品中最為出色的是日本公司的 CB9美國托利多的 Panth，但其一個控制盒同時稱重多種物料的產(chǎn)品還難以可靠的對單通道進行啟停、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。目前國內(nèi)還處在混凝土攪拌樓的研發(fā)階段，研發(fā)的配料機多數(shù)沿用 “提升上料，自落配料、開環(huán)控制 ”的設(shè)計模型。國內(nèi)專業(yè)的商用攪拌站還很少，并且國內(nèi)少數(shù)的商用攪拌站大多采用國外的生產(chǎn)裝置用。現(xiàn)今國內(nèi)配料攪拌控制儀大多是單通道，如果要對水泥、泥沙、水、外添加劑進行同時稱量，需要 4 個控制盒，通過上微機協(xié)調(diào)控制。顯然這種狀況制約了我國組建大型攪拌站。并且國內(nèi)生 產(chǎn)的配料攪拌控制盒在精度和穩(wěn)定性上與國外一流水平還有相當大的距離。 混凝土配料設(shè)備的各階段新技術(shù)及其特點如表 所示 表 混凝土配料設(shè)備的各階段特點 年代 引入的新技術(shù) 特點 70 年代以前 配料攪拌機械 手動機械、配料精度低、生產(chǎn)率低 70 到 80 年代 單片機技術(shù) 智能機械、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 智能算法與機械改進 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)備的先進性而言，美國、英國、德國、法國、 意大利、日本等國家生產(chǎn)的混凝土攪拌設(shè)備在總體技術(shù)水平和運行性能方面處于世界前列，尤其在智能控制和運行可靠性方而更是如此。其產(chǎn)品占據(jù)了世界工程機械的大部分市場，而且牢牢占據(jù)了高端市場，僅我國 240t／ h 以上的大型混凝土攪拌設(shè)備份額中，國外產(chǎn)品就占了 90％。 2020 年國內(nèi)市場容量大約在 1200 臺左右，銷售額 30 億元左右。其中，國產(chǎn)混凝土攪拌設(shè)備銷量在 950 臺左右，多數(shù)以 240t／ h 以下的 (低端 )產(chǎn)品居多，銷售額 14 億元左右；進口及外資產(chǎn)品銷售數(shù)量 250 臺左右，并以 240t／ h 以上的 (高端 )產(chǎn)品居多，銷售額在 16 億元左右。在市場激烈競爭的強烈刺激下，他們不斷改進和完善整機性能，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，液壓和氣動技術(shù)更是日益提高，電子技術(shù)、微型計算機技術(shù)和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，使全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 得工程機械產(chǎn)品到了機電液氣一體化發(fā)展的新時期 [5] 本課題的研究內(nèi)容和意義 在建筑行業(yè)中，混凝土是建筑工程中應用最廣泛的材科之一，箕經(jīng)濟、技術(shù)指標對于整個建筑工程的質(zhì)量和成本有著舉足輕重的關(guān)系?；炷劣伤?、水、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先設(shè)定的比例在很大程度上取決于計量入員摶技箍移工籜責任心。這稗配料方法存在效率低和 精度不高的缺點，直接影響建筑的質(zhì)量和成本。為了提高混凝土的強度 節(jié)約水泥和滿足技術(shù)要求，各種原材料必須嚴格按預先試驗好的比例配合在一起?；炷僚淞蠑嚢杩刂葡到y(tǒng)就是對這幾種物料按比例進行稱量然后再攪拌混合的智能化裝置。稱量配料的精度對混凝土的強度有著很大的影響。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)。 本課題應達到的要求 本文在了解和分析工藝需求的基礎(chǔ)上 ,運用自動控制理論和技術(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)成和軟件實現(xiàn) ),實現(xiàn)整個攪拌站穩(wěn)定、快速地提供高質(zhì)量的混凝土 ,滿足工藝要求。主要研究內(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 ,通過大量的工程實踐經(jīng)驗 ,研究和制定控制策略 。 (2)根據(jù)工藝要求 ,利用計算機控制技術(shù)提出系統(tǒng)方案設(shè)計。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)軟件平臺的選擇、配料系統(tǒng)各關(guān)鍵模塊的具體設(shè)計、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、操作界面的設(shè)計等。 (3)采用軟件模塊和對象化的設(shè)計方法 ,結(jié)合用戶需求設(shè)計開發(fā)監(jiān)控程序 ,并進行軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試 ,對系統(tǒng)進行檢測和優(yōu)化 ,使系統(tǒng)達到設(shè)計目標間。 (4)通過現(xiàn)場調(diào)試和運行 ,不斷完善參數(shù) ,以達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（圖紙）請聯(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)由儲料倉、給料系統(tǒng)、稱重計量系統(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)由電機驅(qū)動，給料速度由電機 (包括減速機 )速度、螺旋給料器口徑和螺距來決定。適用于物料流動性較好、配料精度要求較高、配料速度要求較慢的場合。為了提高配料速度和精度，可采用雙速電機機構(gòu)驅(qū)動螺旋給料機，粗加料時用高速，細加料時用低速。 料門給料系統(tǒng)適合物料流動性好、配料速度要求快、精度要求相對較低的場合。通常使用雙氣缸實現(xiàn)料門兩種開口大小或一大一小兩個料門。在粗加料時將料門全部打開，達到一定量時將料門關(guān)閉一部分進行細加料，達到預定量時將料門全部關(guān)閉。對于一些液體原 料 (如水等 )可采用電磁閥給料方式，這種方式控制相對簡單、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，還有一些場合可以采用傳送帶、刮板、真空抽吸、震動給料等方式。本系統(tǒng)采用螺旋給料機來供料。 (2)稱重計量系統(tǒng) 稱重計量系統(tǒng)是自動配料系統(tǒng)的核心。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，稱重技術(shù)的進步可謂之日新月異，稱重計量模式的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)的杠桿機械秤、機電結(jié)合式電子秤和傳感器式電子秤、電腦秤和微機控制秤等階段。 杠桿機械秤主要由秤斗和杠桿系統(tǒng)組成，其稱重速度慢、效率低、不能適應生產(chǎn)自動化的要求。 圖 電子秤是裝有電子裝置的一種衡器，它由承重、傳力復位系統(tǒng) (如機械計量斗 )、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) 稱重計量系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)是自動配料系統(tǒng)的核心。中心控制系統(tǒng)可采用單片機或者微機來實現(xiàn)?？刂粕嫌屑锌刂坪头植际娇刂频刃问?。前者考慮到對計算機的充分利用，用一臺計算機直接控制和管理多路生產(chǎn)設(shè)備，造價相對低廉，但是這種控制方式控制任務過于集中，一旦計算機出現(xiàn)故障，則會影響全局 。隨著科學技術(shù)的進步，低廉和功能完善的微型計算機和單片機的問世，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部分稱量斗 傳感器 濾波保護放大 A/D 單片機 交流電源 按鍵與顯示 橋壓電源 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 任務，共同組成計算機控制系統(tǒng)，并且用一臺功能更強的計算機進行管理，這種結(jié)構(gòu)中的每一臺控制器功能都較為簡單，但是可靠性更高，可維護性更好。 采用兩級分布式控制方式時，系統(tǒng)的下位機一般采用單片機為核心控制器，每臺控制器直接控制四臺秤，實現(xiàn)四路物料的定量給料。系統(tǒng)的上位機一般采用工控機。一臺上位機連接多臺下位機，用于生產(chǎn)線的集中管理。上位機具有數(shù)據(jù)采集和分類儲存的功能，還可實現(xiàn)人機對話，完成集中監(jiān)視、 集中操作和集中管理等多項任務。系統(tǒng)的上下位機之間通過 RS485或 RS232等串行通訊總線進行信息交換 [9]。 (4)攪拌設(shè)備 目前國內(nèi)的攪拌設(shè)備已趨于成熟，有 。例如市場主流的珠海仕高瑪 MAO 系列攪拌機具有以下功能： ① 配備多重軸端密封保護裝置及風壓保護裝置，有效杜絕漏漿現(xiàn)象發(fā)生。 ② 獨有監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)控減速箱、卸料泵、潤滑油泵等重要部件運行狀態(tài)。 ③ 配備 380VAC 電動時控潤滑油泵。 ④ 可選配攪拌機稱重保護裝置。 ⑤ 重型設(shè)計，運行穩(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：選擇西門子 S7—200226系列外部擴展一個數(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。 (2)轉(zhuǎn)換開關(guān) SL:用于切換電路的手動、單周期、連續(xù)工作過程 。 (3)啟動按鈕 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（圖紙）請聯(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)手動石料 1按鈕 SB3：用于手動控制石料 1電磁閥的啟動和停止 。 (6)手動石料 2按鈕 SB4：用于手動控制石料 2電磁閥的啟動和停止 。 (7)手動石粉 1按鈕 SB5：用于手動控制石粉 1電磁閥的啟動和停止 。 (8)手動石粉 2按鈕 SB6：用于手動控制石粉 2電磁閥的啟動和停止 。 (9)手動瀝青按鈕 SB7：用于手動控制瀝青電磁閥的啟動和停止 。 (10)手動石料料斗按鈕 SB8：用于手動控制石料料斗電磁閥的啟動和停止 。 (11)手動石粉料斗按鈕 SB9：用于手動控制石粉料斗電磁閥的啟動和停止 。 (12)手動瀝青料斗按鈕 SB10：用于手動控制瀝青料斗電磁閥的啟動和停止 。 (13)手動攪拌機按鈕 SB11：用于手動控制攪拌缸電機 M 的啟動和停止 。 (14)手動閥門開關(guān) SB12：用于手動控制攪拌缸閥門電磁閥的啟動和停止 。 (15)石料 1脈沖計量傳感器 SB13：用于計量石料 1儲料倉的放料數(shù)量 。 (16)石料 2脈沖計量傳感器 SB14：用于計量石料 2儲料倉的放料數(shù)量 。 (17)石粉 1脈沖計量傳感器 SB15：用于計量石粉 1儲料倉的放料數(shù)量 。 (18)石粉 2脈沖計量傳感器 SB16：用于計量石粉 2儲料倉的放料數(shù)量 。 (19)瀝青脈沖計量傳感器 SB17：用于計量瀝青儲料倉的放料數(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和停止 。 (23)石料 1電磁閥 YV1：用于控制石料 1儲料倉的放料與否 。 (24)石料 2電磁閥 YV2：用于控制石料 2儲料倉的放料與否 。 (25)石粉 1電磁閥 YV3：用于控制石粉 1儲料倉的放料與否 。 (26)石粉 2電磁閥 YV4：用于控制石粉 2