1、I基于 PLC 的混凝土搅拌站控制及监控程序设计摘要：混凝土搅拌站是随着水泥的诞生而产生和发展的。它是建筑、桥梁、道路、大坝等工程施工中的必备设备，它由贮料、配料、搅拌、放料等结构部件组成，是一个受多环节制约的复杂系统。而随着我国经济建设的高速发展，综合国力不断增强，国家对基础设施建设的投资力度加大，拉动了城市商品混凝土的高速发展，同时，使混凝土搅拌站有了较大的发展空间，最初搅拌站仅以单机的形式出现，混凝土自拌自用，随着基础设施建设大规模的开展，产生了很大的商品混凝土市场，搅拌站的需求越来越大，计量要求越来越高，于是出现了各种不同形式带有计量装置的搅拌站，从而产生了现代的混凝土搅拌站。常见的混
2、凝土搅拌站控制方式有继电器直接控制、PLC 和计算机结合以及 PLC 和配料控制器结合 3 种控制方式。采用 PLC 和配料控制器结合控制的搅拌站性能可靠、性价比高，可以保证混凝土的质量，提高混凝土生产效率。作为混凝土搅拌站的核心，控制及监控程序在计量精确、控制可靠、管理方便等方面的要求也日益提高。本文针对 PLC 和配料控制器结合控制的搅拌站来设计其控制及监控程序设计中主要要完成的任务有系统构造、PLC 的 I/O 分配、工作流程图及 PLC 程序的编写。关键词:混凝土搅拌站；I/O 分配；可编程控制器（PLC） ；自动控制IIThe designing of the controlling
3、 and monitoring program for concrete mixing stations which based on PLCAbstract:Concrete mixing stations were producted and developed with the birth of cement. It is the construction of the necessary equipment for buildings, bridges, roads, dams and other projects.Itsconstructed from storage materia
4、ls, ingredients, stirring, discharge, and other structural components,and it is a subject to the constraints of the complex multi-link system. As Chinas economic construction and the rapid development, Comprehensive national strength constantly enhance the states infrastructure construction investme
5、nt increased to boost the citys rapid development of ready-mixed concrete, so that the concrete mixing stations have larger space for development, the initial Mixing station only in the form of stand-alone, self-mix concrete-occupied, with the construction of infrastructure facilities for large-scal
6、e, a lot of ready-mixed concrete market was developed, the demand for mixing stations are larger and larger, and measures are increasingly demanded, so the mixing stations with various forms of measurement devices were developed, thereby the modern concrete mixing station was created. Common concret
7、e mixing stations control ways may be the three kinds: Relay direct control, PLC and computer combination of ingredients and the PLC and controller combination.But PLC controller and a combination of ingredients control of the mixing station is reliable, cost-effective and can ensure the quality of
8、concrete, increase the production efficiency. As the core of concrete mixing stations, The controlling and monitoring program in the measurement precise, reliable control, easy management and other aspects is increasingly demanded. This paper for PLC and the combination of ingredients controller to
9、control the mixing station will design its controlling and monitoring program . In the main text I must complet a systematic structure, the I / O distribution of PLC and prepar the work flow chart and PLC program.Key words:concrete mixing station; the I / O distribut- ion;programmable logic controll
10、er(PLC); automatic controlIII目录1 绪 论 .11.1 选题背景及意义 .11.2 混凝土搅拌机的现状及国内市场分析 12 .11.3 本论文的主要工作 .21.3.1 混凝土搅拌站系统硬件设计 .21.3.2 混凝土搅拌站系统软件设计 .21.3.3 程序的调试 .32 混凝土搅拌站概述 .42.1 混凝土搅拌站的组成 .42.2 电控系统的构成 .52.3 传感器的选择 .82.4 小结 .93 混凝土搅拌站控制系统设计 .93.1 控制系统设计的基本原则及步骤 17 .93.2 可编程控制器综述及其选用 16 .103.2.1 可编程控制器的特点 .113.
11、2.2 PLC 的工作原理 1516 .123.2.3 可编程控制器的选用及组态软件选择 .143.2.3.1 可编程控制器的选用 .143.2.3.2 组态软件选择 .163.3 混凝土搅拌站 PLC 程序设计 .173.3.1 混凝土搅拌站 PLC 程序设计思想 .173.3.2 混凝土搅拌装置的工艺流程 .183.3.3 系统初始化程序及主程序设计 .183.3.4 报警电路的设计 .213.3.5 断电保护程序设计 .213.3.6 I/O 分配表和模拟量输入地址 .22IV3.3.7 位存储区（M）的使用概况 .243.4 小结 .254 程序调试 .264.1 仿真调试的准备工作
12、.264.2.1 系统初始化程序及主程序调试 .284.2.2 报警程序的调试 .294.2.3 模拟量处理 .304.3 小结 .315 结论与展望 .32致谢 .33参考文献 .34附录 .35附录 1 主程序梯形图 .35附录 2 报警子程序梯形图 .4411 绪 论1.1 选题背景及意义可编程序逻辑控制器（PLC）自它诞生以来至今，以其极高的性能价格比以及一系列人所共识的优点，受到越来越多的工程技术人员的重视。它现在被广泛用于汽车生产、石油生产、IT 制造、家电制造厂等工业控制系统场所，是现代制造业发展的重要技术之一。它对工业的生产提供了良好的控制系统，它的广泛使用才使得人民不断增长的
13、物质需求得到有利保障。1969 年美国 DEC 公司研制的第一台 PDP-14 型 PLC。随后，在二十世纪七十至八十年代一直简称为 PC。由于到 90 年代，个人计算机发展起来，也简称为 PC；可编程序范围很大，所以美国 AB 公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ，简称为 PLC。PLC 在控制领域的应用是保持了广泛的增长趋势。随着我国经济建设的高速发展，许多大型的基础工程及建筑工程相继开工。建设优质的工程需要高品质的混凝土，而且随着人们环保意识的加强，为了减少城市噪音和污染，交通和建筑竹理部门要求施工用的混凝土集中
14、生产和管理。这样，不仅要求混凝土的配料精度高，而目要求生产速度快，因此，混凝土生产过程中搅拌设备自动控制系统日益受到人们的重视。可编程控制器(PLC)具有可靠性高、功能完善、编程简单且直观，能够有效地弥补继电器控制系统的缺陷。1.2 混凝土搅拌机的现状及国内市场分析 12从 1903 年德国建造世界上第一座预拌混凝土搅拌站以来，商品混凝土作为独立的产业己有 100 多年的历史。随后，美国于 1913 年，法国于 1933 年建立了自己的搅拌站。二次大战后，尤其是 60 年代到 70 年代，由于各国抓紧发展经济，医治战争的创伤，混凝土搅拌站得到了快速发展。目前，德国、美国、意大利、日本等国家的搅
15、拌站在技术水平和可靠性方面处于领先地位。国外生产的搅拌站一般生产率在 50m3/ h300m 3/h，对于商品混凝土生产，搅拌站形式应用比较普遍，尤其在大型工程中被采用。我国混凝土搅拌站(楼)的研制是从 50 年代开始的，在其发展过程中，型式的选取和主要技术参数基本上是根据用户要求和参考国外产品的自由状态。国标 GB10171-288(混凝土搅拌站(楼)分类和 GB 10172-88(混凝土搅拌站(楼)技术条件的颁布实施，将混凝土搅拌站(楼)的研制和生产纳入了标准管理的轨道，为其发展奠定了基础。产品技术标准和预拌混凝土标准的要求中，对于混凝土搅拌站(楼)的技术指标己达到发达国家水平。当今国内生
16、产的混凝土搅拌站质量迅速提高，逐步取代了进口搅拌站，在国内已经占主导地位，其控制系统也得到快速发展。国内大型混凝土搅拌站生产厂商包括:三一重工、珠海志美、上海华建、南方路机等。自八十年代以来，我国混凝土机械有两次战略性产品结构调整，对行业的发展起到了举足轻重的作用：一是八十年代初期混凝土搅拌机的升级换代，由双锥反转型、立轴和卧轴强制式混凝土搅拌机替代鼓筒型搅拌机，现在这三大系列产品的技术性能己达到国外同类机型的先进水平，从质量到数量上基本满足了国内需求;二是八十年代末到九十年代初“发展一站三车(即混凝土搅拌楼(站)、混凝土搅拌输送车、臂架式混凝土泵车和散装水泥车)，把我国商品混凝土机械搞上去”
17、的战略，推动了混凝土机械行业的第二次产品结构调整，反映了混凝土机械行业稳定、持续、全面发展的深层次要求。经过科研院所和生产企业的共同开发，适时引进国外先进的混凝土泵和混凝土搅拌输送车技术，使我国在商品混凝土机械的设计、制造能力和水平都有了很大提高，一些产品已有批量生产，其技术水平与当今世界水平同步，减少了进口，节约了外汇，取得了较好的经济效益和社会效益。在“十五”乃至 2010 年期间，我国要建设一大批大型煤矿、油田、电站、机场、港口、高速铁路、高等级公路等重点工程，同时也要进行大量的城市道路、城镇住宅的开发与建设，这都需要大量的混凝土。所以现在正是大力发展混凝土机械的大好时机，作为“一站三车
18、”中的一站，混凝土搅拌楼(站)占有举足轻重的地位。1.3 本论文的主要工作1.3.1 混凝土搅拌站系统简介根据控制系统的总体设计思路对混凝土搅拌站的组成、电控系统的构成、称重传感器等硬件进行详细的分析、选型和设计，以便对混凝土搅拌站的硬件系统有一个大概的了解。1.3.2 混凝土搅拌站系统软件设计根据混凝土搅拌站的工艺流程画出程序流程图、进行 PLC 型号的选择、I/O 端口的分配及写出梯形图程序，实现混凝土搅拌站控制系统对整个混凝土生产过程的可靠3控制。1.3.3 程序的调试通过仿真软件对初始化程序、报警程序、断电保护程序进行调试和修改，使得程序更加符合设计的要求。42 混凝土搅拌站 系统概述
19、2.1 混凝土搅拌站的组成 34一个全套的搅拌装置是由许多台主机和一些辅助设备组成，它最基本的组成部分有以下五个:运输设备、料斗设备、称量设备、搅拌设备和辅助设备，如图 2-1：石料箱沙料箱沙料输送机 石料输送机添加剂螺旋输料机 水泥螺旋输料机 水泵电机 沙料重量传感器石料重量传感器放料闸门传送带翻斗倒成品时下限位上料时上限位搅拌机图 2-1 混凝土搅拌站示意图1）运输设备运输设备包括骨料运输设备、水泥输送设备以及水泵等。骨料运输设备有皮带机、拉铲、抓斗和装载机等，其中皮带机是搅拌装置中最常用的骨料运输设备， 。水泥输送设备和添加剂输送设备由斗式提升机和螺旋输送机组成。2）料斗设备料斗设备由贮
20、料斗、卸料设备(闸门、给料机等)和一些其它附属装置组成。料斗5设备在生产中起着中间仓库的作用，用来平衡生产。在混凝土搅拌装置中，用料斗设备配合自动秤进行配料。所以，它是工艺设备的组成部分，并不是大宗物料的贮存场所。根据制作贮料斗所用的材料不同，贮料斗分为钢贮斗、钢筋混凝土贮斗、木贮斗等;从外形上分，常用的有方形和圆形。圆形贮斗又叫筒仓。给料机和闸门都是贮料斗的卸料设备。闸门控制贮料斗卸料口的开启和关闭的，大多是气动的，其构造简单，卸料能力大，但是只有当物料是完全松散状态时，才能比较均匀地控制料流。而采用给料机卸料时，就比较容易控制均匀地卸料，给料机都是电动的。闸门的类型很多，但在混凝土搅拌装置
21、中最常用的是扇形闸门，它由压缩空气缸来操纵，骨料(石子和砂)都是采用闸门给料。3）称量设备称量配料设备是混凝土生产过程中的一项重要工艺设备，它控制着各种混合料的配比。称量配料的精度对混凝土的强度有着很大的影响。因此，精确、高效的称量设备不仅能提高生产率，而且是生产优质高强混凝土的可靠保证。一套完整的称量设备包括贮料斗、给料设备(闸门或给料机)和称量设备等。对称量设备的要求，首先是准确，其次是快速。称量的不精确将对混凝土的强度产生很大的影响，同时又要满足一定的生产率。称量设备从构造上可分为杠杆秤和电子秤等，其中，杠杆秤已经被淘汰。为了适应各种不同的物料，秤斗在构造上略有不同。水泥秤斗是圆形的，骨
22、料秤斗是长方形的，而水等液体的秤斗是圆形的，斗门设有橡皮垫，以保证密封。传感器的装设，电子秤的秤斗采用三点悬挂，在每套悬挂装置的中部各装有一个传感器。4）搅拌设备即一般的混凝土搅拌机，没有提升装置和供水装置。其设计技术很成熟，在搅拌站设计中，一般采用标准搅拌机。例如，目前国内厂家基本都使用双卧轴强制式搅拌机，此搅拌机搅拌能力强，搅拌均匀、迅速，生产率高，对于干硬性、塑性及各种配比的混凝土，均能达到良好的搅拌效果。2.2 电控系统的构成电控系统由 PLC、智能元件、传感器、中间继电器和执行机构等构成，如图 2-2：6RS-232打印机 PCPLC传感器 智能元件中间继电器执行机构混凝土搅拌站图 2-2 电控系统构成1、 PLC 采用德国西门子 SIMATIC 系列产品。它具有兼容性好和可靠性高的特点，为搅拌站的整个电控系统带来了高质高品的性能，也有利于用户今后对搅拌站的更新与扩展，笔者设计的混凝土搅拌机的 PLC 外部接线图如图 2-3：
