基于PLC的混凝土攪拌站裝置設(shè)計(jì)

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摘 要 混凝土攪拌機(jī)是施工機(jī)械裝備中的重要設(shè)備,其產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率直接影響著建筑施工質(zhì)量和建筑施工進(jìn)度。強(qiáng)制式攪拌機(jī)是應(yīng)用最普遍、使用率最高的混凝土攪拌機(jī)。雙臥軸攪拌機(jī)是新型攪拌機(jī)型，因其攪拌質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，被廣泛用于各種攪拌場(chǎng)合。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)從攪拌的目的和機(jī)理出發(fā)。工作時(shí),物料在葉片推動(dòng)下沿螺旋面移動(dòng),由于兩軸的旋轉(zhuǎn)方向相反,兩軸間的物料產(chǎn)生擠壓、翻滾和揉搓,以達(dá)到攪拌混合效果。長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐證明,通過對(duì)臥軸式攪拌機(jī)的葉片結(jié)構(gòu)和曲面形狀進(jìn)行合理的布置和設(shè)計(jì)，混凝土的質(zhì)量和生產(chǎn)效率會(huì)有很大的提高。 結(jié)合三種葉片的優(yōu)點(diǎn)，通過對(duì)他們進(jìn)行有序、合理的布置，讓混凝土在有限的時(shí)間進(jìn)行盡可能的攪拌。對(duì)它們曲面形狀進(jìn)行理論分析和一些試驗(yàn)，克服傳統(tǒng)攪拌機(jī)器的缺點(diǎn)，并注意到新型設(shè)計(jì)可能引起的新的問題。通過攪拌過程的分析，詳細(xì)闡述了各參數(shù)的設(shè)計(jì)，并結(jié)合理論分析，給出了結(jié)論和建議。 關(guān)鍵詞：混凝土攪拌機(jī)；雙臥軸； 葉片 目 錄 第1章 PLC的介紹 1 1.1 PLC的發(fā)展歷程 1 1.2 PLC的構(gòu)成 2 1.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則 3 1.4 PLC的功能 3 1.5 PLC的特點(diǎn) 4 1.6 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 5 1.7 PLC的國(guó)內(nèi)外狀況 5 1.8 PLC未來展望 6 第2章 混凝土攪拌站系統(tǒng)概述 7 2.1 混凝土攪拌站的分類和組成 7 2.2 混凝土攪拌裝置的工藝流程 8 2.3 電控系統(tǒng)的構(gòu)成 9 2.4 稱重傳感器的選擇 9 第3章 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 3.1 工作原理 11 3.2 控制要求 11 3.3 程序I/O分配表 11 3.4 PLC端子接線圖 12 3.5 流程圖 13 3.6 程序調(diào)試 14 3.7梯形功能圖 15 結(jié)束語 19 致 謝 20 參考文獻(xiàn) 21 第1章 PLC的介紹 PLC可編程序控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 DCS集散系統(tǒng): DCS英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全稱為集散型控制系統(tǒng)。DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險(xiǎn)性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)品。DCS一般由五部份組成：1：控制器2：I/O板3：操作站4：通訊網(wǎng)絡(luò)5：圖形及遍程軟件。 1.1 PLC的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡(jiǎn)稱PC。 PLC的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 1.2 PLC的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 1. CPU的構(gòu)成 CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 2. I/O模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 常用的I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 3. 電源模塊 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。 4. 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 5. PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 (1) 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。 (2) 人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 (3) 輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EE.PROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 1.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則 1. 最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。 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)、使用和維護(hù)方便。 3. 保證控制系統(tǒng)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容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。 1.4 PLC的功能 1. 數(shù)據(jù)采集與輸出。 2. 控制功能：包括順序控制、邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等。 3. 數(shù)據(jù)處理功能：包括基本數(shù)學(xué)運(yùn)算、比較、對(duì)字節(jié)的運(yùn)算、PID運(yùn)算、濾波等。 4. 輸入/輸出接口調(diào)理功能。具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)，具有溫度、運(yùn)動(dòng)等測(cè)量接口。 5. 通信、聯(lián)網(wǎng)功能?，F(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái) PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器的信號(hào)處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成"集中管理、分散控制"的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)。 6. 支持人機(jī)界面功能。提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 7. 編程、調(diào)試等，并且大部分支持在線編程。 1.5 PLC的特點(diǎn) 1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 5. 體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 1.6 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1. 開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2. 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3. 運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4. 過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5. 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 1.7 PLC的國(guó)內(nèi)外狀況 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC. 限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。 1.8 PLC未來展望 21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 第2章 混凝土攪拌站系統(tǒng)概述 2.1混凝土攪拌站的分類和組成 混凝土攪拌站型號(hào)較多，但其結(jié)構(gòu)基本相似，均采用電氣程序控制?；炷翑嚢枵景醋鳂I(yè)形式可分為周期式和連續(xù)式；按攪拌機(jī)平面布置形式可分為巢式和直線式。 一個(gè)全套的攪拌裝置是由許多臺(tái)主機(jī)和一些輔助設(shè)備組成，它最基本的組成部分有以下五個(gè):運(yùn)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2-1所示： 石料箱 沙料箱 沙料輸送機(jī) 石料輸送機(jī) 添加劑螺旋輸料機(jī) 水泥螺旋輸料機(jī) 水泵電機(jī) 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(shí)下限位 上料時(shí)上限位 攪拌機(jī) 圖2-1 混凝土攪拌站示意圖 1）運(yùn)輸設(shè)備 運(yùn)輸設(shè)備包括骨料運(yùn)輸設(shè)備、水泥輸送設(shè)備以及水泵等。骨料運(yùn)輸設(shè)備有皮帶機(jī)、拉鏟、抓斗和裝載機(jī)等，其中皮帶機(jī)是攪拌裝置中最常用的骨料運(yùn)輸設(shè)備，水泥輸送設(shè)備和添加劑輸送設(shè)備由斗式提升機(jī)和螺旋輸送機(jī)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(jī)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(cāng)庫(kù)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(dòng)秤進(jìn)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(chǎng)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(cāng)。 給料機(jī)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(dòng)的，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，卸料能力大，但是只有當(dāng)物料是完全松散狀態(tài)時(shí)，才能比較均勻地控制料流。而采用給料機(jī)卸料時(shí)，就比較容易控制均勻地卸料，給料機(jī)都是電動(dòng)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(xiàng)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(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，而且是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)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(jī))和稱量設(shè)備等。對(duì)稱量設(shè)備的要求，首先是準(zhǔn)確，其次是快速。稱量的不精確將對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)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(zhǎng)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(diǎn)懸掛，在每套懸掛裝置的中部各裝有一個(gè)傳感器。 4）攪拌設(shè)備 即一般的混凝土攪拌機(jī)，沒有提升裝置和供水裝置。其設(shè)計(jì)技術(shù)很成熟，在攪拌站設(shè)計(jì)中，一般采用標(biāo)準(zhǔn)攪拌機(jī)。例如，目前國(guó)內(nèi)廠家基本都使用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，此攪拌機(jī)攪拌能力強(qiáng)，攪拌均勻、迅速，生產(chǎn)率高，對(duì)于干硬性、塑性及各種配比的混凝土，均能達(dá)到良好的攪拌效果。 2.2混凝土攪拌裝置的工藝流程 攪拌站進(jìn)行混凝土生產(chǎn)時(shí)，首先將骨料分別裝入各自料倉(cāng)，然后打開石料和砂料的給料閥門分別將骨料投入到秤斗進(jìn)行稱量，秤斗中的骨料不斷增加直到電子秤指示到所要求的重量才控制下料閥門停止投料，然后啟動(dòng)平皮帶和斜皮帶將骨料卸入集料斗。在骨料配料的同時(shí),攪拌機(jī)也開始攪拌,因?yàn)橥瑫r(shí)在利用定時(shí)器進(jìn)行水泥、所需水及外加劑的計(jì)量。在混凝土所需的各種材料計(jì)量完畢后，控制集料斗和各秤斗開門，以把各種材料裝入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。在攪拌機(jī)運(yùn)行了規(guī)定的時(shí)間后，打開攪拌機(jī)的門進(jìn)行卸料(攪拌站的門先半開，再全開)，完成混凝土生產(chǎn)的一個(gè)循環(huán)。 在石料、砂料的稱重計(jì)量時(shí)，系統(tǒng)用分別控制兩個(gè)門進(jìn)行快速粗略和慢速精確的計(jì)量，以減少稱量時(shí)間和稱量精度。同理，對(duì)水的計(jì)量亦采用水粗稱閥和水精稱閥進(jìn)行控制，而水泥、粉煤灰和防凍劑等添加劑則由計(jì)量螺旋機(jī)從各自料倉(cāng)送入各自秤斗進(jìn)行計(jì)量。 由于整臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)的連續(xù)性較強(qiáng)，控制系統(tǒng)中，每一個(gè)動(dòng)作的前后時(shí)序性都有嚴(yán)格的要求，且到達(dá)某個(gè)狀態(tài)時(shí)，必須保證與這一狀態(tài)有關(guān)的動(dòng)作全部完成，才可以進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，因此必須通過設(shè)備上安裝的限位開關(guān)和傳感器對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。 2.3電控系統(tǒng)的構(gòu)成 系統(tǒng)由PLC、智能元件、傳感器、中間繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。如圖2-2所示： PLC 傳感器 智能元件 中間繼電器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 混凝土攪拌站 圖2-2 原理圖 1) 它具有兼容性好和可靠性高的特點(diǎn)，為攪拌站的整個(gè)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(duì)攪拌站的更新與擴(kuò)展。 2）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(gè)0～5V的模擬輸出接口板，其模擬部分精度適合于0.2% , 0.1 %、0.05%包裝秤使用。 3）傳感器主要包括稱重傳感器和行程開關(guān)等。 4）執(zhí)行機(jī)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(jī)、攪拌電機(jī)等。 2.4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(hào)，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(cè)物重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)輸出，給稱重儀表顯示重量值，供控制或報(bào)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(fù)荷因素 ②可靠性 ③傳感器的防護(hù)等級(jí) 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(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修、易于更換等條件。 工程機(jī)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(yùn)行環(huán)境，還要削弱那些對(duì)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(yùn)行環(huán)境，選用的是HL-F(1)型方懸臂梁高精度壓力傳感器(如圖2-3) 圖2-3 HL-F(1)型方懸臂梁高精度壓力傳感器 F型傳感器具有0.05%F.S的精度等級(jí)、2mv/v的靈敏度、0.05%F.S的非線性、士0.05%F.S/30min的蠕變和蠕變恢復(fù)、0.05%F. S的滯后和重復(fù)性、0.02%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。 第3章 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1工作原理 混凝土攪拌站分為四個(gè)部分:砂石給料、粉料(水泥、粉煤灰、膨脹劑等) 給料、水與外加劑給料、傳輸攪拌與存儲(chǔ).其工作流程如圖1 所示,攪拌機(jī)控制系統(tǒng)上電后,進(jìn)入人- 機(jī)對(duì)話的操作界面,系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理,其中包括配方號(hào)、混凝土等級(jí)、坍落度、生產(chǎn)方量等.根據(jù)稱重對(duì)各料倉(cāng)、計(jì)量斗進(jìn)行檢測(cè),輸出料空或料滿信號(hào),提示操作人員確定是否啟動(dòng)攪拌控制程序.啟動(dòng)砂、石皮帶電機(jī)進(jìn)料到計(jì)量斗;打開粉煤灰、水泥罐的蝶閥,啟動(dòng)螺旋機(jī)電機(jī)輸送粉煤灰、水泥到計(jì)量斗;開啟水倉(cāng)和外加劑池的控制閥使水和外加劑流入計(jì)量斗.計(jì)量滿足設(shè)定要求后開啟計(jì)量斗斗門,配料進(jìn)入已啟動(dòng)的攪拌機(jī)內(nèi)攪拌混合,到設(shè)定的時(shí)間打開攪拌機(jī)門,混凝土進(jìn)入己接料的攪拌車內(nèi). 3.2控制要求 1. 各個(gè)氣缸、控制閥和電機(jī)按混凝土攪拌流程的要求運(yùn)行,各個(gè)氣缸、控制閥和電機(jī)的控制必須準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠. 2. 控制系統(tǒng)具備自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作模式,且相互間的關(guān)系是獨(dú)立又彼此制約. 3. 系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力 3.3 程序I/O分配表 表3—3 I/O分配表 I/O分配表 輸 入 輸 出 X0 啟動(dòng)SB1 Y0 手動(dòng)燈LD1 X1 急停SB2 Y1 循環(huán)指示燈LD2 X2 稱重傳感器1SQ1 Y2 攪拌機(jī)電機(jī)KM1 X3 稱重傳感器2SQ2 Y3 添加劑螺旋輸送機(jī)KM2 X4 攪拌機(jī)上限位SQ3 Y4 水泥螺旋輸送機(jī)KM3 X5 攪拌機(jī)下限位SQ4 Y5 水泵KM4 X6 手動(dòng)SB3 Y6 沙料輸送KM5 X7 攪拌機(jī)啟動(dòng)SB4 Y7 石料輸送KM6 X10 添加劑輸送機(jī)啟動(dòng)SB5 Y10 沙料輸送閘門線圈KM7 X11 水泥螺旋輸送機(jī)啟動(dòng)SB6 Y11 石料箱放料閘門線圈KM8 X12 水泵電機(jī)啟動(dòng)SB7 Y12 傳送電機(jī)KM9 X13 石料輸入SB8 Y13 攪拌完成指示燈LD3 X14 沙料輸入SB9 Y14 翻斗機(jī)卸料KM10 X15 傳輸帶電機(jī)啟動(dòng)SB10 Y16 攪拌機(jī)上升KM11 I/O分配表 輸 入 輸 出 X16 攪拌機(jī)上升SB11 Y17 一次循環(huán)完成指示燈LD4 X17 翻斗機(jī)卸料SB12 Y18 3.4 PLC端子接線圖 220V FU1 圖3-4 PLC端子接線圖 Y Y 2 Y N Y N Y N N N Y N N Y Y Y N N N 啟動(dòng) 循環(huán)開始指示燈亮？ 添加劑螺旋輸料機(jī)開 水泥螺旋輸料機(jī)開 水泵電機(jī)開 沙料輸送機(jī)開 攪拌機(jī)開 開始計(jì)時(shí)5分鐘 石料輸送機(jī)開 沙料稱量完畢？ 閘門打開，傳送帶啟動(dòng) 1 沙料箱放料畢？ 石料稱量完畢？ N Y 石料箱放料畢？ 閘門關(guān)閉 閘門關(guān)閉 傳送帶上沒有物料？ 傳送帶關(guān)閉 開始計(jì)時(shí)3分鐘 開始計(jì)時(shí)0.5分鐘 0.5分鐘到？ 3分鐘到？ 5分鐘到？ Y Y 開始記錄攪拌時(shí)間5分鐘，配料完畢指示燈亮，10秒后自動(dòng)滅 所有配料都放入攪拌機(jī)？ 1 攪拌時(shí)間到？ 攪拌機(jī)停止，翻斗機(jī)下翻卸混凝土 4 手動(dòng)開始 N 攪拌機(jī)在上限位且石料箱和沙料箱放料閘門關(guān)？ 閘門打開，傳送帶啟動(dòng) 3.5流程圖 Y N Y N Y N 2 翻斗機(jī)停止，開始計(jì)時(shí)2分鐘 2分鐘時(shí)間到？ 攪拌機(jī)上升 下翻到下限位？ 上升到上限位？ 3 一次循環(huán)結(jié)束指示燈亮，10秒后自動(dòng)滅 3 4 圖 3—5流程圖 3.6程序調(diào)試 第一步：測(cè)試程序的起停是否符合要求。在仿真軟件中下載程序后，點(diǎn)擊工具欄的綠色按鈕，可切換到自動(dòng)運(yùn)行模式。在自動(dòng)運(yùn)行模式下，點(diǎn)擊X0(啟動(dòng)按鈕)，則Y1（循環(huán)開始指示燈）的LED亮；點(diǎn)擊X6（手動(dòng)開始），各電機(jī)啟動(dòng)，這是因?yàn)椴痪邆溟_始條件：攪拌機(jī)在上限位且石料箱和沙料箱放料閘門關(guān)，點(diǎn)擊X4（攪拌機(jī)上限位）\X13（石料箱閘門）\X14（沙料箱放料閘門），使其閉合，則各電機(jī)啟動(dòng)。程序繼續(xù)運(yùn)行，不受干擾；點(diǎn)擊X2（緊急停止），則所有輸出信號(hào)燈滅。從而可以看出起停符合要求。 第二步：測(cè)試各電機(jī)的起停是否符合要求。點(diǎn)擊手動(dòng)開始按鈕，并適時(shí)點(diǎn)擊各行程開關(guān)及閘門狀態(tài)開關(guān)，測(cè)試各個(gè)電機(jī)是否能夠正常起停。 第三步：產(chǎn)生“所有配料都放入攪拌機(jī)”信號(hào)的程序調(diào)試。該信號(hào)的產(chǎn)生對(duì)攪拌站的正常運(yùn)行有著極其關(guān)鍵的作用，該信號(hào)的調(diào)試可使用內(nèi)存監(jiān)視來實(shí)現(xiàn)。 3.7功能梯形圖 結(jié)束語 本文從混凝土攪拌站的產(chǎn)生、發(fā)展、結(jié)構(gòu)及工藝流程和軟件設(shè)計(jì)的介紹分析開始進(jìn)行了全局的研究設(shè)計(jì)， 采用三菱PLC和配料控制器控制混凝土攪拌站的整個(gè)配料過程簡(jiǎn)化了線路,提高了工作的可靠性,降低了系統(tǒng)的故障率。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)控制總線作為一種智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、雙向串行、多節(jié)點(diǎn)的新興通信總線，在工程中的應(yīng)用日益廣泛。在今后的混凝土攪拌站發(fā)展過程中，集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制總線將逐漸融合，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在誤差補(bǔ)償方面的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步促進(jìn)混凝土生產(chǎn)過程可靠性和混凝土生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率的提高。 致謝 本論文是在景老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從課題的選擇到論文最終完成的每一個(gè)環(huán)節(jié)，景老師都親臨指導(dǎo)，提出意見并指正，他為此付出了大量的心血和精力。景老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)創(chuàng)新的工作作風(fēng)使作者受益匪淺。我不僅從景老師那里學(xué)到許多專業(yè)知識(shí)，更重要的是獲取專業(yè)科研前沿和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所有這些都是以后人生生活的重大財(cái)富，在此特向恩師表示由衷的感謝和崇高的敬意。 參考文獻(xiàn) [1]高佳珍.混凝土攪拌站(樓)綜述(四)[J]，建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2000 [2]朱蘊(yùn)璞，孔德仁等.傳感器原理及應(yīng)用[A].國(guó)防工業(yè)出版社，2005 [3]童占榮，張翔生.攪拌設(shè)備用稱重傳感器選型的探討[M].工程機(jī)械，2005 [4]張德仁.DCS, PLC的現(xiàn)狀與展望[J].山西電子技術(shù)，1999 [5]張建文，徐瓊，馮林. PLC控制系統(tǒng)工作方式的分析和研究[M].華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003 [6]董油海.PLC在混凝土攪拌站計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀表，2000 [7]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].—2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 第 21 頁(yè) 共 24 頁(yè)