沥青混凝土称量自动控制系统的设计-毕业论文.doc

1、辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸摘 要在高级公路的建设中，沥青混凝土称量是道路交通建设重要生产线之一。沥青混凝土称量自动控制系统自动化程度高，其控制系统的性能直接影响到沥青混凝土面材料的质量。因而沥青混凝土称量自动控制系统的设计是一个具有重要意义的研究课题。本设计是用利用 S7-200 型 PLC 控制沥青混凝土的称量。其中详细介绍了系统的硬件配置以及软件设计流程图。本设计完成的主要内容是对整个系统进行设计，绘制出电气原理图、选择电气元件、统计输入/输出点数，PLC 机型及功能控制模块配置，并且编写 PLC 中元件的地址表和绘制用户程序控制流程图。外部控制程序的基本实现采用编程的方法

2、，即利用梯形图来实现方案设计中的各个部分的要求。针对沥青混凝土称量的自动控制，我们要达到的预期目标是实现自动控制内容。论文详细介绍了 PLC 的基本组成和工作原理。同时介绍了德国西门子 S7-200PLC 的基本结构、性能和特点。该控制方案，可靠性高，编程简单易懂，操作方便，使用寿命长。沥青混凝土称量自动控制系统的应用，可以使产品加工质量稳定的保持在设计范围内，适合批量生产，有效降低生产成本，减少人工劳动强度，大幅提高生产效率，以适应市场和用户的需求。关键词：沥青；混凝土；PLC；重量检测辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸IAbstractIn the construction of

3、high-grade highways, the weighing of asphalt concrete is one of the important production lines in the construction of the road traffic. Asphalt concrete weighing automatic control system automation is high, the control performance of the system directly affects the quality of asphalt concrete surfac

4、e material. Thus asphalt concrete weighing automatic control system design is a very important research subject.The design is with the use of S7-200 PLC control of asphalt concrete weighing. The details of the system hardware configuration and software design flow chart. To complete the design of th

5、e main content is to the whole system design, draw electrical schematics, electrical components selection, statistical input / output points, the models and the function of the PLC control module configuration and write PLC element address table and draw the user program control flow graph. External

6、 control procedures to achieve the basic uses programming method, namely the use of the ladder diagram to achieve the requirements of various parts of the design. For the automatic control of the asphalt concrete weighing, we To achieve the desired goal is to achieve automatic control of content. Th

7、e paper details the basic composition and working principle of PLC, and introduces the basic structure, performance and characteristics of the German SIEMENS S7-200PLC.The control scheme, high reliability, simple programming, convenient operation, and long service life. The application of asphalt co

8、ncrete automatic weighing control system can ensure the stability of the product quality to keep within the scope of design, suitable for mass production, effectively reduce the production costs, reduce labor intensity, greatly improve the production efficiency, in order to adapt to the demand of th

9、e market and users.Key words: Asphalt; Concrete; PLC; Weight measurement辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸目录1 绪 论 .11.1 题目的背景和意义 .11.2 沥青混凝土称量的基本原理 .11.3 沥青混凝土称量的发展现状及发展趋势 .31.4 本文主要内容 .42 沥青混凝土称量的工艺流程 .52.1 沥青混凝土称量的工艺流程 .52.2 沥青混凝土称量的工艺参数 .52.2.1 沥青混凝土的配比 .52.2.2 落差量的修正 .52.2.3 沥青第二次称量的修正 .62.2.4 系统实时性分析 .62.3

10、系统控制要求 .73 沥青混凝土称量自动控制系统总体方案设计 .83.1 沥青混凝土称量自动控制系统的方案比较 .83.1.1 PLC 特点 .83.1.2 IPC 特点 .93.1.3 继电器控制特点 .103.2 系统总体方案设计 .103.2.1 上位机监控 .113.2.2 PLC 控制器 .123.2.3 石料（石粉/沥青）称量电路 .123.2.4 A/D 转换 .12辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸I3.2.5 控制电路 .124 沥青混凝土称量自动控制系统的硬件设计 .134.1 沥青混凝土称量自动控制系统 PLC 的选型及配置 .134.1.1 PLC 选型 .13

11、4.1.2 西门子 S7-200 CPU226 简介 .144.1.3 重力传感器扩展模块 EM231 测重量 .154.1.4 沥青混凝土称量自动控制系统 I/O 接线图 .174.2 外设元器件的选择 .184.2.1 称重传感器 .184.2.2 电磁阀简介 .204.3 沥青混凝土称量自动控制系统的电器元件选择 .215 沥青混凝土称量自动控制系统的软件设计 .235.1 沥青混凝土称量自动控制系统 I/O 地址分配表 .235.2 沥青混凝土称量自动控制系统程序流程图 .245.3 沥青混凝土称量自动控制系统梯形图 .265.4 沥青混凝土称量自动控制系统调试 .275.4.1 创建

12、项目 .275.4.2 程序的编译及调试 .286 结论 .28参考文献 .29谢 辞 .31附录 .33辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸01 绪 论随着国民经济的发展，中国交通道路网的不断扩大和延伸，道路的施工生产线也不断发展改进。在高级公路的建设中，作为一种面材料的沥青混凝土，有越来越多的道路设计者们采用这一方式，而沥青混凝土称量生产线将承担起了沥青混凝土生产的艰巨的使命，它们逐渐成为市场的主流产品 1。沥青混凝土称量生产线是目前道路建设领域的极其重要生产线之一。随着筑路路面要求提高，对沥青混凝土的质量提出更高要求：要求系统能连续工作 16h；要求沥青混凝土的油石配比精确；要求生

13、产过程中的每一拌料具有数据备查功能等。1.1 题目的背景和意义沥青路面是用沥青材料作为粘结材料，结合矿山的材料和地面层、基层和垫层组成的路面结构。由于作为沥青路面的沥青结合料，从而提高了矿料间的粘结力，提高混合料的强度、稳定性和耐久性一直是路面质量证明 2。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车过程中比较舒适、噪声很低、而且耐磨性好、振动幅度小、施工周期短、方便于保养与维修，适合于分期施工等，因此得到越来越广泛的应用 3。现代的配料称量控制设备应用比较广泛, 采用了可编程自动控制技术，成功的避免了早期配料控制系统中存在的接线复杂，查线困难；可靠性差，故障率高；使用、维护和功能

14、扩充不便等缺点，使系统的可靠性和精度大大提高，从而大大地减少了工人操作，降低工人的劳动强度，并提高控制精度 4，保证了生产质量和生产效率。随着国家交通事业的发展，公路建设成为重中之重，这也要求各大拌合站要高标准，高质量，高效率地生产沥青混凝土混合料。早期采用人工配料，速度慢，质量差，不能及时供应建设需求，现在越来越多的配料称量控制设备投入使用，配料速度快，质量高，完全供应上建设需求，也为拌合站带来了良好的效益 25。1.2 沥青混凝土称量的基本原理图 1-1 为沥青混凝土称量的原理图。系统称量分三路：石料、石粉，沥青。当系统启辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸1动，若三个料斗都处于关门

15、状态，三种材料根据工程配方开始称量：石料称斗先称取 1#石料，当称量值到，关闭 1#石料仓口，接着称料斗开始称 2#石料，直到 2#石料值到，关闭2#石料仓口，接着称量 3#石料，直到 3#石料值到，关闭 3#料仓门，接着称量 4#石料，直到 4#石料值到，关闭 4#料仓门；在称石料的同时，粉料斗与沥青料斗也开始称量。粉料斗称量过程与石料类同，而沥青斗称料做了技术处理：沥青称量分两步进行，第一步与石料、石粉同步称量，称沥青所需量的 80%，余下 20%等石料称量结束后，根据石料称量偏差对沥青称量图 1-1 沥青混凝土称量工艺流程图作修正，经第二次称量，实际加入沥青量的百分比为：0.8X+0.2

16、X+ (石料实际称量直-石料理论称量值)X/石料理论称量值式中 X 为沥青在拌料中的百分比 5。石 料 1 石 料 2 石 粉 1 石 粉 2 沥 青称石料斗称石粉斗沥青斗配料搅 拌 缸辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸2这种称料方法对提高产品油石比精度是十分有效的。当三种原料称料完毕，将石料放入拌缸，延时 t1 放入沥青，再延时 t2 放入石粉。三个称料斗放完料后再次下一循环称料，而拌缸中的料经搅拌一段时间后放入小车，系统按上述工作节拍周而复始的工作。1.3 沥青混凝土称量的发展现状及发展趋势物料称量系统是影响混凝土质量和混凝土生产成本的重要组成部分，主要分为骨料称量、粉体称量和液称

17、量。在正常的情况下，每小时 20 立方米以下的搅拌站采用叠加称量方式，即用一个天平骨料，水泥和粉煤灰与双秤，水和液体添加剂分别称重，然后液体添加剂投入水，说战斗混合在前进。在每小时 50 立方米以上的搅拌站，材料的使用独立称重，所有的称重使用电子秤和微机控制 6。间歇式搅拌站计量系统：骨料计量：标准型采用增量式测量，提高了电子称盘减量法计量；粉料计量：水泥我通过粉煤灰计量料斗上方安装搅拌器，标准型搅拌站用交流接触器控制螺旋升降，没有精确的匹配装置；改进的搅拌站与频率频率转换器实现粗、细和成分。水计量：三点式悬挂式称重机构，用一个粗、细的电路装置，保证精度测量的。添加剂计量：传感器直接负载，用粗

18、、细的电路和仪表盒，单独的管道布置保证测量的精度 7。2003 年，河北双星机械制造有限公司专业设计制造 HZS120 型、180 型、90、75、60、50 等各种型号混凝土搅拌站设备。主机采用强制式双卧轴搅拌机，可生产塑性、干硬性等多种混凝土，质量可靠。骨料采用电子秤累加计量或单独计量，水泥、水、添加剂均采用称量斗，计量准确，计算机集中控制，操作简单、易调、可靠。骨料采用斗式提升或皮带输送两种上料方式。电器元件性能可靠，生产功率高，适用于现场大批量混凝土生产。整体机采用计算机和可编程控制器控制，自动控制，手动操作，操作简单，易于掌握。动态面板显示，可以清楚地了解每个组件的操作。在同一时间，

19、它可以存储比，产量数据和打印输出表的统计，强大的管理功能。友好的人机对话功能，对现场管理监控提供了强大的应用支持。具有自动误差补偿功能，并能自动完成预定的灌溉生产 8。辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸32008 年在期刊可编程控制器与工厂自动化15 卷第 3 期中，穆光亚发表了“基于VPIA500SPLC 沥青混凝土搅拌设备模拟演示系统”，系统选用的是德国 VIPA 500S PLC。 基于 VIPA 500S PLC 的模拟演示系统硬件配置简单 ,软件编程和组态任务小,开发周期短，自动化程度高，计量精确，模块化设计，结构合理，节能环保，可广用于高等公路沥青路面基材料的生产。能够实现

20、工业现场生产工艺流程和工况的模拟演示。该系统已经在北京德基沥青混凝土搅拌设备销售演示和公司员工业务培训中广泛的应用。2008 年山东省潍坊市贝特工程机械有限公司生产的“QLB8005000”型系列沥青混凝土搅拌设备自主开发的具有自主知识产权的沥青混凝土搅拌设备。该设备的控制技术采用德国西门子 PLC，自动化程度高，计量精确，模块化设计，结构合理，节能环保，可广用于高等公路沥青路面基材料的生产 9。2013 年河南陆德筑机股份有限公司生产的“LD50”型强制间歇式沥青混合料搅拌设备，属目前国内比较先进的搅拌设备。该设备控制系统采用日本欧姆龙触摸屏和西门子 PLC 控制器，可实现自动、半自动及手动

21、控制；控制先进，性能可靠，计量准确，操作方便直观。通过上述的情况，可见沥青混凝土称重大多采用以 PLC 为控制核心，PLC 具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、方便使用，体积小，重量轻，是“唯一的机电一体化产品。随着工业自动化的迅速发展，可编程控制器作为工业自动化的发展控制的不可替代的手段，也将紧随其后的是一个快速发展 10。1.4 本文主要内容本文的主要工作是介绍沥青混凝土称量自动控制系统，设计沥青混凝土称量的控制系统并开发基于 PLC 的重量控制器，还在此硬件平台上进行一定的重量控制算法研究。本文共分五章。第一章主要介绍本课题的研究背景、意义和沥青混凝土称量的原理。第二章主要介绍了沥青混

22、凝土称量的工艺流程和控制系统的参数选择及控制要求。第三章主要介绍控制系统的总体设计。第四章主要介绍控制系统 PLC 的硬件设计。第五章是本文的重点，辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸4主要设计沥青混凝土称量自动控制系统，包括硬件结构和软件编程。2 沥青混凝土称量的工艺流程沥青混凝土称量的主要组成部分有备料斗、称量装置、控制装置、监控装置和搅拌装置。对于绝大部分沥青混凝土称量控制系统来说，沥青混凝土的配料都包括两种大小的石料和两种大小的石粉以及成品沥青。整个工艺过程，可以大致分为两个步骤：称量和搅拌，每一个步骤对整个工艺处理是否成功来说都很重要。自动控制系统的设计应充分考虑每个步骤的目的

23、和注意事项，设置合格的参数，以保证沥青混凝土混合料的质量。2.1 沥青混凝土称量的工艺流程系统称量分三路：石料、石粉，沥青。当系统启动，若三个料斗都处于关门状态，三种材料根据工程配方开始称量：石料称斗先称取 1#石料，当称量值到，关闭 1#石料仓口，接着称料斗开始称 2#石料，直到 2#石料值到，关闭 2#石料仓口，接着称量 3#石料，直到3#石料值到，关闭 3#料仓门，接着称量 4#石料，直到 4#石料值到，关闭 4#料仓门；在称石料的同时，粉料斗与沥青料斗也开始称量。粉料斗称量过程与石料类同，而沥青斗称料做了技术处理：沥青称量分两步进行，第一步与石料、石粉同步称量，称沥青所需量的 80%，

24、余下 20%等石料称量结束根据实际情况进行称量。2.2 沥青混凝土称量的工艺参数沥青混凝土混合料的质量是产品质量的保证，理想的沥青混凝土称量的工艺参数是多项指标综合的统一，对沥青混凝土混合料质量有重要影响的工艺参数主要有沥青混凝土的配比、落差量的修正、沥青称量的修正等，其中某一个参数选择不当，都会导致各种沥青混凝土混合料质量的缺陷，使沥青混凝土混合料质量下降。2.2.1 沥青混凝土的配比辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸5沥青混凝土称量采用流量法，主要是避免沥青混凝土的温度导致浓度变化在流量法中引起的称量误差。为保证沥青混凝土各配料间的严格配比，分两次称量，第二次称量对石料超量进行动态

25、补偿，提高称量系统的百分比准确性2.2.2 落差量的修正由于在沥青混凝土称重过程中的滞后，由于进料口和一个称量料斗容器之间的一定距离，重量达到一定值，控制系统发送关闭门的命令，料斗电磁阀关闭。但当时有一部分已经离开料斗口还没有达到称重料斗容器“自由”的料柱上，当料柱落入称料斗后，重量超过额定值，柱柱延时滞后变为超差变为“落差”。此外，由于石材形状不规则，颗粒大小的不同，生产过程中不定期到物料的料斗，使料斗材料的水平不断地变化，因此，对于每一个时间滞后造成的材料的重量误差是不一样的。引起的偏差材料的变化和下降必须予以纠正 11。基于沥青混凝土材料的双回滞特性的双回滞特性的研究，在计算机技术应用于

26、配料过程实时监测以纯数学模型为基础，利用经验公式对落差预测与计算实现自动校正。具体方法是实现粗称和精称，控制系统输出两个开关控制一个石料斗阀，启动两斗阀打开，当材料被添加到低于额定值接近粗称阀门为止，小心的补偿方法，所有过程中所产生的误差全部因素归因于“落差”。在第一次，根据经验，设置一个落差的标准值，用额定值和它的差异一半作为控制值，在称重结束时根据实际测量值计算实际误差，以 50%的实际误差作为控制依据。在结束之后二次称重并计算出一个新的间落差值和误差值，实际上是考虑两者的误差计算。每一次这样的校正后，如果称重次数越多，则称量误差小就越小 11。2.2.3 沥青第二次称量的修正第一次沥青称量后，剩余的 20%根据石料称量偏差对沥青称量作修正，实际加入沥青量的百分比为：0.8X+0.2X+ (石料实际称量直-石料理论称量值)X/石料理论称量值，式中X 为沥青在拌料中的百分比。这种称料方法对提高产品油石比精度是十分有效的。当三种原料称料完毕，将石料放