【文章內(nèi)容簡介】 83。 31 附錄 1 主程序梯形圖 31 附錄 2 報警子程序梯形圖 40 第 1 頁 共 55 頁 第一章 緒 論 選題背景及意義 可編程序邏輯控制器（ PLC） 自它誕生以來至今， 以其極高的性能價格比以及一系列人所共識的優(yōu)點，受到越來越多的工程技術(shù)人員的重視。 它現(xiàn)在被廣泛用于汽車生產(chǎn)、石油生產(chǎn)、 IT 制造、家電制造廠等工業(yè)控制系統(tǒng)場所，是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)之一。它對工業(yè)的生產(chǎn)提供了良好的控制系統(tǒng)，它的廣泛使用才使得人民不斷增長的物質(zhì)需求得到有利保障。 1969 年美國 DEC 公司研制的第一臺 PDP14 型 PLC。隨后，在二十世紀七十至八十年代一直簡稱為 PC。由于到 90 年代，個人計算機發(fā)展起來，也簡稱為 PC；可編程序范圍很大，所以美國 AB 公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 （ Programmable Logic Controller），簡稱為 PLC。 PLC 在控制領(lǐng)域的應(yīng)用是保持了廣泛的增長趨勢。 隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，許多大型的基礎(chǔ)工程及建筑工程相繼開工。建設(shè)優(yōu)質(zhì)的工程需要高品質(zhì)的混凝土，而且隨著人們環(huán)保意識的加強，為了減少城市噪音和污染，交通和建筑竹理部門要求施工用的混凝土集中生產(chǎn)和管理。這樣，不僅要求 混凝土的配料精度高，而目要求生產(chǎn)速度快，因此，混凝土生產(chǎn)過程中攪拌設(shè)備自動控制系統(tǒng)日益受到人們的重視?？删幊炭刂破?(PLC)具有可靠性高、功能完善、編程簡單且 直觀，能夠有效地彌補繼電器控制系統(tǒng)的缺陷。 混凝土攪拌機的現(xiàn)狀及國內(nèi)市場分析 從 1903 年德國建造世界上第一座預拌混凝土攪拌站以來，商品混凝土作為獨立的產(chǎn)業(yè)己有 100 多年的歷史。隨后，美國于 1913 年，法國于 1933 年建立了自己的攪拌站。二次大戰(zhàn)后，尤其是 60 年代到 70 年代，由于各國抓緊發(fā)展經(jīng)濟，醫(yī)治戰(zhàn)爭的創(chuàng)傷，混凝土攪拌站得到了快速發(fā)展。目前，德國、美國、意大利、日本等國家的攪拌站在技術(shù)水平和可靠性方面處于領(lǐng)先地位。國外生產(chǎn)的攪拌站一般生產(chǎn)率在 50m3/ h～ 300m3/h，對于商品混凝土生產(chǎn)，攪 拌站形式應(yīng)用比較普遍，尤其在大型工程中被采用。我國混凝土攪拌站 (樓 )的研制是從 50 年代開始的，在其發(fā)展過程中，型式的選取和主要技術(shù)參數(shù)基本上是根據(jù)用戶要求和參考國外產(chǎn)品的自由狀態(tài)。國標 GB1017188((混凝土攪拌站 (樓 )分類》和 GB 1017288((混凝土攪拌站 (樓 )技術(shù)條件》的頒布實施，將混凝土攪拌站 (樓 )的研制和生產(chǎn)納入了標準管理的軌道，為其發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。產(chǎn)品技術(shù)標準和預拌混凝土標準的要求中，對于混凝土攪拌站 (樓 )的技術(shù)指標己達到發(fā)達國家水平。當今國內(nèi)生產(chǎn)的 第 2 頁 共 45 頁 ??????????????⊙??裝??????????⊙??訂?????????⊙??線??????????????? 混凝土攪拌站質(zhì)量迅速提高，逐步取代 了進口攪拌站，在國內(nèi)已經(jīng)占主導地位，其控制系統(tǒng)也得到快速發(fā)展。國內(nèi)大型混凝土攪拌站生產(chǎn)廠商包括 :三一重工、珠海志美、上海華建、南方路機等。自八十年代以來，我國混凝土機械有兩次戰(zhàn)略性產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，對行業(yè)的發(fā)展起到了舉足輕重的作用：一是八十年代初期混凝土攪拌機的升級換代，由雙錐反轉(zhuǎn)型、立軸和臥軸強制式混凝土攪拌機替代鼓筒型攪拌機，現(xiàn)在這三大系列產(chǎn)品的技術(shù)性能己達到國外同類機型的先進水平，從質(zhì)量到數(shù)量上基本滿足了國內(nèi)需求 。二是八十年代末到九十年代初“發(fā)展一站三車 (即混凝土攪拌樓 (站 )、混凝土攪拌輸送車、臂架式混凝 土泵車和散裝水泥車 )，把我國商品混凝土機械搞上去”的戰(zhàn)略，推動了混凝土機械行業(yè)的第二次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，反映了混凝土機械行業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)、全面發(fā)展的深層次要求。經(jīng)過科研院所和生產(chǎn)企業(yè)的共同開發(fā)，適時引進國外先進的混凝土泵和混凝土攪拌輸送車技術(shù)，使我國在商品混凝土機械的設(shè)計、制造能力和水平都有了很大提高，一些產(chǎn)品已有批量生產(chǎn)，其技術(shù)水平與當今世界水平同步，減少了進口，節(jié)約了外匯，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。在“十五”乃至 2021 年期間，我國要建設(shè)一大批大型煤礦、油田、電站、機場、港口、高速鐵路、高等級公路等重點 工程，同時也要進行大量的城市道路、城鎮(zhèn)住宅的開發(fā)與建設(shè)，這都需要大量的混凝土。所以現(xiàn)在正是大力發(fā)展混凝土機械的大好時機，作為“一站三車”中的一站，混凝土攪拌樓 (站 )占有舉足輕重的地位。 本論文的主要工作 混凝土攪拌站系統(tǒng)簡介 根據(jù)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路對混凝土攪拌站的組成、電控系統(tǒng)的構(gòu)成、稱重傳感器等硬件進行詳細的分析、選型和設(shè)計，以便對混凝土攪拌站的硬件系統(tǒng)有一個大概的了解。 混凝土攪拌站系統(tǒng)軟件設(shè)計 根據(jù)混凝土攪拌站的工藝流程畫出程序流程圖、進行 PLC 型號的選擇、 I/O端口 的分配及寫出梯形圖程序，實現(xiàn)混凝土攪拌站控制系統(tǒng)對整個混凝土生產(chǎn)過程的可靠控制。 程序的調(diào)試 通過仿真軟件對初始化程序、報警程序、斷電保護程序進行調(diào)試和修改，使得程序更加符合設(shè)計的要求。 第 3 頁 共 45 頁 ??????????????⊙??裝??????????⊙??訂?????????⊙??線??????????????? 第二章 混凝土攪拌站系統(tǒng)概述 混凝土攪拌站的組成 一個全套的攪拌裝置是由許多臺主機和一些輔助設(shè)備組成，它最基本的組成部分有以下五個 :運輸設(shè)備、料斗設(shè)備、稱量設(shè)備、攪拌設(shè)備和輔助設(shè)備 ，如 圖21： 圖 21 混凝土攪拌站示意圖 1）運輸設(shè)備 運輸設(shè)備包括骨料運輸設(shè)備、水泥輸送設(shè)備以及水泵等。骨料運輸設(shè)備有皮帶機、拉鏟、抓斗和裝載機等，其中皮帶機是攪拌裝置中最常用的骨料運輸設(shè)備。石料箱 沙料箱 沙料輸送機 石料輸送機 添加劑螺旋輸料機 水泥螺旋輸料機 水泵電機 沙料重量傳感器 石料重量傳感器 放料閘門 傳送帶 翻斗倒成品時下限位 上料時上限位 攪拌機 第 4 頁 共 45 頁 ??????????????⊙??裝??????????⊙??訂?????????⊙??線??????????????? 水泥輸送設(shè)備和添加劑輸送設(shè)備由斗式提升機和螺旋輸送機組成。 2）料斗設(shè)備 料斗設(shè)備由貯料斗、卸料設(shè)備 (閘門、給料機等 )和一些其它附屬裝置組成。料斗設(shè)備在生產(chǎn)中起著中間倉庫的作用，用來平衡生產(chǎn)。在混凝土攪拌裝置中，用料斗設(shè)備配合自動秤進行配料。所以，它是工藝設(shè)備的組成部分，并不是大宗物料的貯存場所。 根據(jù)制作貯料斗所用的材料不同，貯料斗分為鋼貯斗、鋼筋混凝土貯斗、木貯斗等 。從外形上分，常用的有方形和圓形。圓形貯斗又叫筒倉。 給料機和閘門都是貯料斗的卸料設(shè)備。閘門控制貯料斗卸料口的開啟和關(guān)閉的，大多是氣動的，其構(gòu)造簡單，卸料能力大，但是只有當物料是完全松散狀態(tài)時，才能比較均勻地控制料流。而采用給料機卸料時，就比較容易控制均勻地卸料，給料機都是電動的。閘門的類型很多，但在混凝土攪拌裝置中最常用的是扇形閘門，它由壓縮空氣缸來操縱，骨料 (石子和砂 )都是采用閘門給料。 3）稱量設(shè)備 稱量配料設(shè)備是混凝土生 產(chǎn)過程中的一項重要工藝設(shè)備，它控制著各種混合料的配比。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，而且是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強混凝土的可靠保證。一套完整的稱量設(shè)備包括貯料斗、給料設(shè)備 (閘門或給料機 )和稱量設(shè)備等。對稱量設(shè)備的要求，首先是準確，其次是快速。稱量的不精確將對混凝土的強度產(chǎn)生很大的影響，同時又要滿足一定的生產(chǎn)率。稱量設(shè)備從構(gòu)造上可分為杠桿秤和電子秤等，其中，杠桿秤已經(jīng)被淘汰。 為了適應(yīng)各種不同的物料，秤斗在構(gòu)造上略有不同。水泥秤斗是圓形的，骨料秤斗是長方形的 ，而水等液體的秤斗是圓形的，斗門設(shè)有橡皮墊，以保證密封。傳感器的裝設(shè)，電子秤的秤斗采用三點懸掛，在每套懸掛裝置的中部各裝有一個傳感器。 4）攪拌設(shè)備 即一般的混凝土攪拌機，沒有提升裝置和供水裝置。其設(shè)計技術(shù)很成熟，在攪拌站設(shè)計中，一般采用標準攪拌機。例如，目前國內(nèi)廠家基本都使用雙臥軸強制式攪拌機，此攪拌機攪拌能力強，攪拌均勻、迅速，生產(chǎn)率高，對于干硬性、塑性及各種配比的混凝土，均能達到良好的攪拌效果。 電控系統(tǒng)的構(gòu)成 電控系統(tǒng)由 PLC、智能元件、傳感器、中間繼電器和執(zhí)行機構(gòu)等構(gòu)成，如圖22： 第 5 頁 共 45 頁 ??????????????⊙??裝??????????⊙??訂?????????⊙??線??????????????? 圖 22 電控系統(tǒng)構(gòu)成 PLC 采用德國西門子 SIMATIC 系列產(chǎn)品。它具有兼容性好和可靠性高的特點，為攪拌站的整個電控系統(tǒng)帶來了高質(zhì)高品的性能，也有利于用戶今后對攪拌站的更新與擴展，筆者設(shè)計的混凝土攪拌機的 PLC 外部接線圖如圖 23 所示。 智能元件主要是指集顯示、變送和控制于一體的配料控制器。它有一個0～ 5V 的模擬輸出接口板，其模擬部分精度適合于 % , %、 %包 裝秤使用。 傳感器主要包括稱重傳感器和行程開關(guān)等。 執(zhí)行機構(gòu)包括骨料放料電磁法閥、水泥放料電磁法閥、水泵閥門、添加劑放料電磁閥、送料電機、攪拌電機等。 RS232 打印機 PC PLC 傳感器 智能元件 中間繼電器 執(zhí)行機構(gòu) 混凝土攪拌站 第 6 頁 共 45 頁 ??????????????⊙??裝??????????⊙??訂?????????⊙??線??????????????? 報警玲聲 攪拌機故障指示燈 石料輸送機故障指示燈 沙料輸送機故障指示燈 水泥螺旋輸送機故障指示燈 水泵故障指示燈 添加劑螺旋輸送機 故障指示燈 翻斗機故障指示燈 石料箱放料完成 沙料箱放料完成 報警電路試燈、試鈴 消鈴按鈕 攪拌機故障 石料輸送機故障 沙料輸送機故障 水泥輸送機故障 水泵故障 添加劑輸送機故障 翻斗機故障 1L 1M L+ M EM222 數(shù)字量擴展模塊 N 1M L1 1L 2L 2M L+ M DC24V 啟動 手動開始 執(zhí)行完本次循環(huán)后停 緊急停止 攪拌機下限位 攪拌機上限位 石料箱閘門狀態(tài) 沙料箱閘門狀態(tài) 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 翻斗機下翻 翻斗機上翻 傳送帶 石料箱放料閘門線圈 沙料箱放料閘門線圈 配料都放入指示燈 一次 循環(huán)結(jié)束指示燈 第 7 頁 共 45 頁 ??????????????⊙??裝??????????⊙??訂?????????⊙??線??????????????? 圖 23 PLC 外部接線圖 稱重傳感器的選擇 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)主要采集的是各種物料的重量信號，故本系統(tǒng)選用的是壓力傳感器。壓力傳感器是稱重系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測物重量信號轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號輸出，給稱重儀表顯示重量值，供控制或報警等使 用。 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 HLF(1)型方懸臂梁高精度壓力傳感器，如圖 24： 圖 24 HLF(1)型方懸臂梁壓力傳感器 第 8 頁 共 45 頁 ??????????????⊙??裝??????????⊙??訂?????????⊙??線??????????????? F 型傳感器具有 % 的精度等級、 2mv/v 的靈敏度、 % 的非線性、士 %、 %F. S 的滯后和重復性、 %F. S/100℃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 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，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。 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作了簡要的論述，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。 第 9 頁 共 45 頁 ??????????????⊙??裝??????????⊙??訂?????????⊙??線??????????????? 第三章 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（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。再設(shè)計控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： ① 最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前，要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料，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定電氣方案，協(xié)同解決實際中出現(xiàn)的各種問題。 ② 在滿足控制要求的前提下，力求使控制