基于PLC的混凝土搅拌机设计.doc

前言可编程序逻辑控制器（PLC）自它诞生以来至今，以其极高性能价格比以及一系列人所共识优点，受到越来越多工程技术人员重视。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，是现代制造业发展重要技术之一。它对工业生产提供了良好控制系统，它广泛使用才使得人民不断增长物质需求得到有利保障。1969年美国DEC公司研制第一台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在控制领域应用是保持了广泛增长趋势。随着我国经济建设高速发展，许多大型基础工程及建筑工程相继开工。建设优质工程需要高品质混凝土，而且随着人们环保意识加强，为了减少城市噪音与污染，交通与建筑处理部门要求施工用混凝土集中生产与管理。这样不仅要求,混凝土配料精度高，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缺陷。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产业己有100多年历史。随后，美国于1913年，法国于1933年建立了自己搅拌站。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、日本等国家搅拌站在技术水平与可靠性方面处于领先地位。国外生产搅拌站一般生产率在50m3/ h300m3/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)研制是从50年代开始，在其发展过程中，型式选取与主要技术参数基本上是根据用户要求与参考国外产品自由状态。国标GB10171-88(混凝土搅拌站(楼)分类与GB 10172-88(混凝土搅拌站(楼)技术条件颁布实施，将混凝土搅拌站(楼)研制与生产纳入了标准管理轨道，为其发展奠定了基础。产品技术标准与预拌混凝土标准要求中，对于混凝土搅拌站(楼)技术指标己达到发达国家水平。当今国内生产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，对行业发展起到了举足轻重作用：一是八十年代初期混凝土搅拌机升级换代，由双锥反转型、立轴与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技术性能己达到国外同类机型先进水平，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、臂架式混凝土泵车与散装水泥车)，把我国商品混凝土机械搞上去”战略，推动了混凝土机械行业第二次产品结构调整，反映了混凝土机械行业稳定、持续、全面发展深层次要求。经过科研院所与生产企业共同开发，适时引进国外先进混凝土泵与混凝土搅拌输送车技术，使我国在商品混凝土机械设计、制造能力与水平都有了很大提高，一些产品已有批量生产，其技术水平及当今世界水平同步，减少了进口，节约了外汇，取得了较好经济效益与社会效益。至今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，同时也要进行大量城市道路、城镇住宅开发及建设，这都需要大量混凝土。所以现在正是大力发展混凝土机械大好时机，作为“一站三车”中一站，混凝土搅拌楼(站)占有举足轻重地位。第一章 混凝土搅拌站介绍1.1.1 混凝土搅拌站组成 一个全套搅拌装置是由许多台主机与一些辅助设备组成，它最基本组成部分有以下五个:运输设备、料斗设备、称量设备、搅拌设备与辅助设备，如图1-1：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1-1 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、抓斗与装载机等，其中皮带机是搅拌装置中最常用骨料运输设备，。水泥输送设备与添加剂输送设备由斗式提升机与螺旋输送机组成。2）料斗设备料斗设备由贮料斗、卸料设备(闸门、给料机等)与一些其它附属装置组成。料斗设备在生产中起着中间仓库作用，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，它是工艺设备组成部分，并不是大宗物料贮存场所。根据制作贮料斗所用材料不同，贮料斗分为钢贮斗、钢筋混凝土贮斗、木贮斗等;从外形上分，常用有方形与圆形。圆形贮斗又叫筒仓。给料机与闸门都是贮料斗卸料设备。闸门控制贮料斗卸料口开启与关闭，大多是气动，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。闸门类型很多，但在混凝土搅拌装置中最常用是扇形闸门，它由压缩空气缸来操纵，骨料(石子与砂)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一项重要工艺设备，它控制着各种混合料配比。称量配料精度对混凝土强度有着很大影响。因此，精确、高效称量设备不仅能提高生产率，而且是生产优质高强混凝土可靠保证。一套完整称量设备包括贮料斗、给料设备(闸门或给料机)与称量设备等。对称量设备要求，首先是准确，其次是快速。称量不精确将对混凝土强度产生很大影响，同时又要满足一定生产率。称量设备从构造上可分为杠杆秤与电子秤等，其中，杠杆秤已经被淘汰。为了适应各种不同物料，秤斗在构造上略有不同。水泥秤斗是圆形，骨料秤斗是长方形，而水等液体秤斗是圆形，斗门设有橡皮垫，以保证密封。传感器装设，电子秤秤斗采用三点悬挂，在每套悬挂装置中部各装有一个传感器。4）搅拌设备即一般混凝土搅拌机，没有提升装置与供水装置。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、塑性及各种配比混凝土，均能达到良好搅拌效果。1.1.2 电控系统构成电控系统由PLC、智能元件、传感器、中间继电器与执行机构等构成，如图1-2：RS-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1-2 电控系统构成1、PLC采用三菱FX2n系列产品。它具有兼容性好与可靠性高特点，为搅拌站整个电控系统带来了高质高品性能，也有利于用户今后对搅拌站更新及扩展，我设计混凝土搅拌机PLC外部接线图2.7中2-4。2、智能元件主要是指集显示、变送与控制于一体配料控制器。它有一个05V模拟输出接口板，其模拟部分精度适合于0.2% , 0.1 %、0.05%包装秤使用。 3、传感器主要包括称重传感器与行程开关等。4、执行机构包括骨料放料电磁法阀、水泥放料电磁法阀、水泵阀门、添加剂放料电磁阀、送料电机、搅拌电机等。1.1.3 称重传感器选择混凝土搅拌站控制系统主要采集是各种物料重量信号，故本系统选用是压力传感器。压力传感器是称重系统中重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测物重量信号转换成容易测量电信号输出，给称重仪表显示重量值，供控制或报警等使用。影响称重传感器选型因素：称重传感器选型应考虑过负荷因素可靠性传感器防护等级搅拌站规模与工作类型称重传感器准确度称重传感器选型应充分考虑以上一些因素外，还应尽可能兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件。工程机械搅拌设备用称重传感器选型既要考虑混凝土搅拌楼站称重系统基本要求，又要兼顾称重传感器运行环境，还要削弱那些对称重传感器有重要影响因素，合理地选择使用传感器。根据不同类型与规模搅拌设备选用相应传感器。混凝土搅拌站要求传感器额定载荷从1kg4000kg不等，骨料传感器称量范围最大，一般为50kg4500kg;外加剂传感器额定载荷最小，一般不超过50kg。综合分析了传感器量程与范围、线性度、灵敏度与分辨率后，并且根据搅拌站中称重传感器运行环境，选用是HL-F(1)型方悬臂梁高精度压力传感器，如图1-3：图1-3 HL-F(1)型方悬臂梁压力传感器F型传感器具有0.05%F.S精度等级、2mv/v灵敏度、0.05%F.S非线性、士0.05%F.S/30min蠕变与蠕变恢复、0.05%F. S滞后与重复性、0.02%F. S/100零点输出温度影响与额定输出温度影响、15V (DC)最大工作电压，其额定载荷则为120T。F型传感器采用剪切结构，抗偏载、抗侧向能力强，具有动态响应快、综合精度高、防尘、防潮、防水性能好特点。特别适合于恶劣环境，如建筑、水利、化工、电力、港口等行业工程机械，如搅拌站、打桩机、配料秤、料斗秤等。1.2 混凝土搅拌站控制系统设计1.2.1 控制系统设计基本原则及步骤任何一种控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）工艺要求，以提高生产效率与产品质量。再设计控制系统时，应遵循以下基本原则： 最大限度地满足被控对象控制要求。设计前，要深入现场进行调查研究，收集资料，并及机械部分设计人员与实际操作人员密切配合共同拟定电气方案，协同解决实际中出现各种问题。 在满足控制要求前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便。监控界面友好，简洁明快。 保证控制系统安全、可靠。 考虑到生产发展与工艺改进，在选择PLC容量及MCGS监控点时，应该留有余量。控制系统设计一般步骤如图1-4所示：NNYY确定控制对象与控制任务PLC及组态软件的选择I/O及监控地址分配软件设计及模拟调试电气系统设计硬件组装通电实验正确？符合控制要求？联机调试编制技术文章现场安装调试交付使用修改软件或硬件图1-4 PLC控制系统设计流程图1.2.2 PLC工作原理PLC采用循环扫描工作方式，其扫描过程如图1-5所示。STOPRUN内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理CPU运行方式更新时钟与特殊寄存器电源ONCPU正常否?执行自诊断112存放自诊断错误结果致命错误?CPU强制为STOP2图1-5 PLC循环扫描工作方式这个工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需时间称为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块硬件是否正常，复位监视定时器等。在通信操作服务阶段，PLC及一些智能模块通信、响应编程器键入命令，更新编程器显示内容等，当PLC处于停(STOP)状态时，只进行内部处理与通信服务操作等内容。在PLC处于运行(RUN)状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。输入处理输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子通断状态，并将读入信息存入内存中所对应映像寄存器。在此输入映像寄存器被刷新接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映像寄存器及外界隔离，即使输入信号发生变化，其映像寄存器内容也不发生变化，只有在下一个扫描周期输入处理阶段才能被读入信息。程序执行根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下步序，逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映像寄存器中读出上一阶段采入对应输入端子状态，从输出映像寄存器读出对应映像寄存器当前状态，根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中，对每个器件而言，器件映像寄存器中所寄存内容，会随着程序执行过程而变化。程序处理程序执行完以后，将输出映像寄存器，即器件映像寄存器中Y寄存器状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。PLC扫描既可按固定顺序进行，也可按用户程序所指定可变顺序进行。这不仅因为有程序不需要每扫描一次就执行一次，而且也因为在一些大系统中需要处理I/O点数多，通过安排不同组织模块，采用分时分批扫描执行方法，可缩短循环扫描周期与提高控制实时响应性。循环扫描工作方式是PLC一大特点，也可以说PLC是“串行”工作，这与传统继电器控制系统“并行”工作有质区别。PLC串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争与时序失配问题。由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映像寄存器内容也不会变化，要等到下一周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出映像寄存器中输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输送给输出锁存器。由此可以看出，全部输入输出状态改变需要一个扫描周期。换言之，输入输出状态保持一个扫描周期。扫描周期是PLC一个很重要指标，小型PLC扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC扫描时间取决于扫描速度与用户程序长短。毫秒级扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受，PLC响应滞后是允许。但是对某些I/O快速响应设备，则应采取相应措施。如选用高速CPU，提高扫描速度，采用快速响应模块、高速计数模块以及不同中断处理等措施减少滞后时间。影响I/O滞后主要原因有:输入滤波器惯性;输出继电器接点惯性;程序执行时间;程序设计不当附加影响等。1.2.3 可编程控制器选用 进行PLC选型时，应该从以下几个方面进行考虑:1)I/O点数问题当控制对象I/O点在60点之内，I/O点数比为3:2时选用整体式(小型)PLC较为经济;当控制对象I/O点在100-300点左右，选用中小型模块式较为合理;当控制对象I/O点在500点以上时就必须选用大型PLC。2)I/O类型问题I/O类型也是决定PLC选型重要因素之一，一般而言，多数小型PLC只具有开关量I/O ; PID, A/D, D/A、位控功能一般只有大、中型PLC才有。3)联网通信问题联网通讯是影响PLC选型重要因素之一，多数小型机提供较简单RS-232通讯口，少数小型PLC没有通讯功能。而大型PLC一般都有各种标准通信模块可供选择。4)系统响应时间问题系统响应时间也是影响PLC选型重要因素之一。一般而言，小型PLC扫描时间为10-20ms/kb;中型PLC扫描时间在10ms/kb以下;大型PLC扫描时间在1 ms/kb以下，而系统响应时间约为2倍扫描周期。 5)可靠性问题应从系统可靠性角度，决定PLC类型与组网形式，比如对可靠性要求极高系统，可考虑选用双CPU型PLC或冗余控制系统/热备用系统。6)程序存贮器问题在PLC选型过程中，PLC内存容量、型式也是必须考虑重要因素。通常计算方法是:I/O点数×8(开关量)+100×模拟量通道数(模拟量)+120×(1+采样点数×0.25 )(多路采样控制)。进行PLC选型时，不要盲目地追求过高性能指标。另外，I/O点数，存贮容量应留有一定余量以便实际工作中调整。确定PLC型号以后，就必须对各种模块进行选型，开关量模块选型主要涉及到如下几个问题:外部接线方式问题。I/O模块一般分为独立式、分组式与汇点式。通常，独立式点均价格较高，如果实际系统中开关量输入信号之间不需隔离可考虑选择后两种。点数问题。前面所说，点数是影响PLC选型重要因素，同样在进行I/O模块选型时也必须根据具体点数多少选择恰当I/O模块。一般而言，点数多点均价就低。开关量输入模块。通常开关量输入模块类型有有源输入、无源输入、光电接近传感器等输入。进行开关量输入模块选型时必须根据实际系统运行中要求综合考虑。开关量输出模块。通常开关量输出模块类型有继电器输出、可控硅输出与晶体管输出。在开关量输出模块选型过程中，必须根据实际系统运行要求及要求输出电压等级进行相应选型。本系统中称重系统主要为电子秤，它们所提供模拟量与其它一些安全监测传感器所提供开关量，作为PLC准确控制依据。模拟输入量包括砂料、石料等重量。开关输入量有:系统开关按钮；搅拌机（翻斗门）上限位、下限位；沙料箱、石料箱闸门开关;各种机器故障；报警销铃；手动回零等。PLC开关量输出有: 搅拌机、石料输送机、沙料输送机、水泥螺旋输送机、水泵、添加剂螺旋输送机、翻斗机、传送带等。这些信号经功率放大后驱动相应执行机构。本系统需要配置I/O点如下:19个开关量输入；22个开关量输出。根据对上述控制任务分析，本项目选择了微软公司研发模块化中小型PLC系统FX2n，它能满足中等性能要求应用，应用领域相当广泛。其模块化、无排风扇结构、与易于实现分布，易于用户掌握等特点使得它成为各种从小规模到中等性能要求控制任务方便又经济方案。FX2n系列所具有多种性能递增CPU与丰富且带有许多方便功能I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。FX2n所具备高电磁兼容性与强抗振动，抗冲击性，更使其具有最高工业环境适应性。此外，FX2n系列PLC还具有模块点数密度高，结构紧凑，性价比高，性能优越，装卸方便等优点。第二章 混凝土搅拌站PLC程序设计2.1 混凝土搅拌站PLC程序设计思想为了使PLC完成混凝土搅拌站整个生产过程现场控制功能，PLC需要采集各秤重量信号及其它传感器与行程开关提供开关量信号，并对此进行处理后，输出对电磁阀、电动机等各执行机构控制信号，其具体细节如下:1)石料斗秤、沙料斗秤等由称重传感器感应信号分别经称重变送器进入PLC。由于变送器输出是并行BCD码，所以需经过程序转换成二进制码，存储在PLC数据寄存器中。然后经过PLC程序处理.2)各秤斗称量时，达到设定值时停止给料。3)由于秤斗上粘附原料使称重产生偏差，所以需要进行去皮处理。去皮时，PLC记下此时重量，此重量即为基准零点。在称量时用总重量减去基准零点值，得到就是原料准确重量。 4)考虑到有可能因突然停电造成配料停止，为了不使已经配好原料浪费，己经配好原料重量需要具有停电保护功能，所以在程序中，把这些重量信号存在可断电保持数据寄存器中。5)由于搅拌站运行过程中各送料机及搅拌机等难免不出故障，因此应设计故障报警程序。2.2 混凝土搅拌装置工艺流程搅拌站进行混凝土生产时，首先将骨料分别装入各自料仓，然后打开石料与砂料给料阀门分别将骨料投入到秤斗进行称量，秤斗中骨料不断增加直到电子秤指示到所要求重量才控制下料阀门停止投料，然后启动平皮带与斜皮带将骨料卸入集料斗。在骨料配料同时,搅拌机也开始搅拌,因为同时在利用定时器进行水泥、所需水及外加剂计量。在混凝土所需各种材料计量完毕后，控制集料斗与各秤斗开门，以把各种材料装入搅拌机进行搅拌。在搅拌机运行了规定时间后，打开搅拌机门进行卸料(搅拌站门先半开，再全开)，完成混凝土生产一个循环。在石料、砂料称重计量时，系统用分别控制两个门进行快速粗略与慢速精确计量，以减少称量时间与称量精度。同理，对水计量亦采用水粗称阀与水精称阀进行控制，而水泥、粉煤灰与防冻剂等添加剂则由计量螺旋机从各自料仓送入各自秤斗进行计量。由于整台设备生产连续性较强，控制系统中，每一个动作前后时序性都有严格要求，且到达某个状态时，必须保证及这一状态有关动作全部完成，才可以进入下一个状态，因此必须通过设备上安装限位开关与传感器对各执行机构状态进行监控。2.3 混凝土搅拌站工作原理 混凝土搅拌站分为四个部分:砂石给料、粉料(水泥、粉煤灰、膨胀剂等) 给料、水及外加剂给料、传输搅拌及存储.其工作流程为2.8中程序流程图,搅拌机控制系统上电后,进入人- 机对话操作界面,系统进行初始化处理,其中包括配方号、混凝土等级、坍落度、生产方量等.根据称重对各料仓、计量斗进行检测,输出料空或料满信号,提示操作人员确定是否启动搅拌控制程序.启动砂、石皮带电机进料到计量斗;打开粉煤灰、水泥罐蝶阀,启动螺旋机电机输送粉煤灰、水泥到计量斗;开启水仓与外加剂池控制阀使水与外加剂流入计量斗.计量满足设定要求后开启计量斗斗门,配料进入已启动搅拌机内搅拌混合,到设定时间打开搅拌机门,混凝土进入己接料搅拌车内. 2.4 混凝土搅拌站控制要求 1.先按启动按钮，循环开始指示灯亮。再按手动开始按钮，搅拌机处于上限位且石料箱与沙料箱闸门开。 2. 搅拌机开、添加剂螺旋输料机开、水泥螺旋输料机开、水泵电机开、沙料输送机开、石料输送机开。3. 其中添加剂螺旋输料机开计时30S、水泥螺旋输料机开计时1800S、水泵电机开计时3000S，这些时间一到所有配料都放入搅拌机搅拌3000S，配料指示灯亮，10S后自动灭，搅拌时间到搅拌机停止，翻斗机下翻卸混凝土，下翻到下翻限位，翻斗机停止，开始计时1200S，时间一到搅拌机上升，上升到上限位，从而一次循环结束指示灯亮，亮10S后自动灭。2.5 位存储区（M）使用概况表2-1 位存储区（M）使用概况位存储区控制信号位存储区控制信号M0循环开始完毕信号M16沙料与石料都放搅拌机搅拌完毕信号M1石料箱放料完信号M17翻斗机停止信号M2沙料箱放料完信号M20石料传感器完毕信号M3关闭传送带信号M21石料传感器完毕信号M4沙料与石料都放搅拌机信号M30闪烁信号M5水泥输送完毕信号M31搅拌机故障消铃信号M6水泵停止送水信号M32石料输送机故障消铃信号M10添加剂输送完毕信号M33沙料输送机故障消铃信号M11所有物料配制完毕信号M34水泥螺旋输送机故障消铃信号M12配料完毕指示灯自动灭信号M35水泵故障消铃信号M13完成一次循环指示灯信号M36添加剂螺旋输送机故障消铃信号M14石料输送完信号M37翻斗机故障消铃信号M15沙料输送完信号以上表格中列出了程序编写过程中使用到主要位存储区及其控制信号。2.6 混凝土搅拌站 I/O分配表表2-2 混凝土搅拌站输入/输出地址表输入值输出值名称代号输入点名称代号输出点启动开始SB1X000循环开始信号灯LD1Y000手动开始SB2X001搅拌机KM1Y001执行完本次循环后停止SB3X002石料输送机KM2Y002紧急停止SB4X003沙料输送机KM3Y003搅拌机下限位SQ5X004水泥螺旋输送机KM4Y004搅拌机上限位SQ6X005水泵KM5Y005石料箱闸门状态SQ7X006添加剂螺旋输送机KM6Y006沙料箱闸门状态SQ8X007翻斗机下翻KM7Y007石料重量（石料重量传赶器输入SQ9X010翻斗机上翻KM8Y010 沙料重量（沙料重量传感器输入）SQ10X011传送带KM9Y011报警电路试灯、试铃SB11X017石料箱放料闸门线圈KM10Y012消铃按钮SB12X020沙料箱放料闸门线圈KM11Y013搅拌机故障SB13X021所有配料都放入搅拌机指示灯LD2Y014石料输送机故障SB14X022一次循环结束指示灯LD3Y015沙料输送机故障SB15X023报警玲声指示灯LD4Y020水泥螺旋输送机故障SB16X024搅拌机故障指示灯LD5Y021水泵故障SB17X025石料输送机故障指示灯LD6Y022添加剂螺旋输送机故障SB18X026沙料输送机故障指示灯LD7Y023翻斗机故障SB19X027水泥螺旋输送机故障指示灯LD8Y024水泵故障指示灯LD9Y025添加剂螺旋输送机故障指示灯LD10Y026翻斗机故障指示灯LD11Y027根据I/O分配表设计控制面板简图如图2-3所示：图2-3 控制面板简图报警玲声搅拌机故障指示灯石料输送机故障指示灯沙料输送机故障指示灯水泥螺旋输送机故障指示灯水泵故障指示灯添加剂螺旋输送机故障指示灯翻斗机故障指示灯该控制面板上一排为各输出显示,下边一排为各输入 混凝土搅拌站外部接线图2-4 混凝土搅拌站外部接线图2.8 系统初始化程序及主程序设计 根据工作流程要求，PLC控制程序执行输出动作时，计算机必须己经处于数据采集及处理状态，因此，需要设定内部辅助继电器标志。只有当计算机复位该标志时，PLC才能确认计算机已处于所要求状态，否则必须关断所有输出负载，进入等待。同理，结束时，判断停止条件:所有门、所有阀均己关闭;集料斗与秤斗均为空；本批搅拌结束且PLC无输出动作等，系统初始化程序及主程序流程图见图2-5：YY2YNYNYNNNYNNYYYNNN启动循环开始指示灯亮？添加剂螺旋输料机开水泥螺旋输料机开水泵电机开沙料输送机开搅搅拌机开开始计时5分钟 石料输送机开沙料称量完毕？闸门打开，传送带启动1沙料箱放料毕？石料称量完毕？NY石料箱放料毕？闸门关闭闸门关闭传送带上没有物料？传送带关闭开始计时3分钟 开始计时0.5分钟 0.5分钟到？3分钟到？5分钟到？YY开始记录搅拌时间5分钟，配料完毕指示灯亮，10秒后自动灭所有配料都放入搅拌机？1搅拌时间到？搅拌机停止，翻斗机下翻卸混凝土4手动开始 N搅拌机在上限位且石料箱与沙料箱放料闸门关？闸门打开，传送带启动5图2-5 主程序流程图2.9 报警电路设计 由于条件有限，报警电路设计较为简单，利用I2.1I2.7作为各电动机故障信号。程序运行流程图如图2-6所示:故障产生故障指示灯亮，报警电铃响按消铃按钮关闭电铃，报警指示灯变为常亮消除故障报警灯熄灭按下试灯、试铃按钮图2-6 报警程序运行流程图2.10 断电保护程序设计 由于整个设备工作流程是连续循环进行，因此断电之后再起动必须仍然恢复断电前状态。程序设计选择具有断电保护内部辅助保持继电器与数据，将气缸、电磁阀或电机运行状态与参数进行保存，实现断电保护，如图2-7：Y系统初始化原始配方及控制参数初始化是否执行断电恢复？调入断电时的状态接上次断电时状态运行N一次 循 环 结 束54图2-7 断电保护程序流程图第三章 程序调试3.1 系统初始化程序及主程序调试第一步：测试程序起停是否符合要求。在仿真软件中写入程序后，点击PLC中遥控运行/停止，可切换到运行模式。在运行模式下，点击X000(启动按钮)，则Y000（循环开始指示灯）LED亮,如图3-1：图3-1 主程序部分调试 点击X001（手动开始），各电机启动信号灯没有亮，这是因为不具备开始条件：搅拌机在上限位且石料箱与沙料箱放料闸门关，点击X005（搅拌机上限位）X006（石料箱闸门）X007（沙料箱放料闸门），使其闭合，则各电机启动信号灯亮。如图3-2：图3-2 主程序部分调试程序继续运行，点击X002（运行完本次循环后停止），程序继续运行，不受干扰；点击X003（紧急停止），则所有输出信号灯灭。如图3-3：图3-3 主程序部分调试从而可以看出起停符合要求。第二步：测试各电机起停是否符合要求。点击手动开始按钮，并适时点击各行程开关及闸门状态开关，测试各个电机是否能够正常起停。第三步：产生“所有配料都放入搅拌机”信号程序调试。该信号产生对搅拌站为使用仿真软件中内存监视功能实现调试：图中M4、M5、M6、M0都是用相应电机信号下降沿实现置位，用M11信号实现复位。3.2 报警程序调试第一步：按下X017（试灯、试铃按钮），则Y020（报警玲声）、Y021（搅拌机故障指示灯）Y027（翻斗机故障指示灯）全部变亮，否则为错误，须进行修改。测试结果如图3-4：图3-4 报警程序部分调试第二步：第一步调试正确情况下，按下相应模拟故障按钮，看对应指示灯是否闪烁、Y020（报警玲声）是否亮，否则为错误，须进一步修改。第三步：第二步调试正确情况下，按下X020（消铃按钮），则Y020（报警玲声）灭，相应故障指示灯转为常亮，否则为错误。 第四步：第三步调试正确情况下，使产生故障触点断开，则相应指示灯灭，否则为错误。小结本文从混凝土搅拌站产生、发展、结构及工艺流程与软件设计介绍分析开始进行了全局研究设计，采用三菱PLC与配料控制器控制混凝土搅拌站整个配料过程简化了线路,提高了工作可靠性,降低了系统故障率。随着工业控制系统发展，现场控制总线作为一种智能化现场设备与自动化系统开放式、数字化、双向串行、多节点新兴通信总线，在工程中应用日益广泛。在今后混凝土搅拌站发展过程中，集散控制系统与现场控制总线将逐渐融合，并利用神经网络在误差补偿方面优势，进一步促进混凝土生产过程可靠性与混凝土生产质量、生产效率提高。致谢本论文是在王教师悉心指导下完成，从课题选择到论文最终完成每一个环节，王教师都亲临指导，提出意见并指正，她为此付出了大量心血与精力。王教师渊博学识、严谨治学态度、求实创新工作作风使作者受益匪浅。我不仅从王教师那里学到许多专业知识，更重要是获取专业科研前沿与丰富实践经验，所有这些都是以后人生生活重大财富，在此特向恩师表示由衷感谢与崇高敬意。同时也要向教过我专业课教师表示衷心感谢！在毕业论文中，得到了教师与同学热心帮助，及他们讨论及交流，使作者深受启发，在此亦向他们表示感谢!参考文献1 三菱PLC中文编程手册2 三菱 FX2N 中文使用手册3 何道青.传感器及传感器技术:科学出版社, 2004年8月1日出版.4 李科杰.传感器技术手册:国防工业出版社, 2002年7月1日出版.5高佳珍.混凝土搅拌站综述与建设机械技术及管理，2000.6朱蕴璞.孔德仁等.传感器原理及应用A:国防工业出版社，2005.7童占荣.张翔生.搅拌设备用称重传感器选型探讨与工程机械，2005.8张德仁.DCS与 PLC现状及展望:山西电子技术出版社，1999.9张建文.徐琼.冯林. PLC控制系统工作方式分析与研究:华东地质学院学报，2003. 10董油海.PLC在混凝土搅拌站计量系统应用:自动化及仪表，2000. 11廖常初.PLC编程及应用:机械工业出版社，2005.附录附录1 主程序梯形图第 26 页