毕业设计（论文）-混凝土搅拌站控制系统的设计（全套图纸）(50页).doc

-毕业设计（论文）-混凝土搅拌站控制系统的设计（全套图纸）-第 43 页混凝土搅拌站控制系统的设计机电专业学生：指导教师：全套图纸加153893706目录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论11.1选题背景及意义11.2混凝土搅拌站的现状及发展21.2.1混凝土搅拌站的现状21.2.2混凝土搅拌站的发展31.3本论文的主要工作4第二章 混凝土搅拌站系统总体方案设计52.1混凝土搅拌站概述52.1.1混凝土搅拌站的组成52.1.2混凝土搅拌站工作原理及工艺流程62.2控制系统总体方案设计82.2.1控制系统设计方案82.2.2称重传感器的选择102.2.3 PLC控制系统设计流程图112.3本章小结12第三章 混凝土搅拌站控制系统设计133.1 PLC控制系统设计的基本原则与主要内容133.1.1控制系统设计的基本原则133.1.2控制系统设计的主要内容133.2可编程控制器的选择143.2.1 PLC的工作原理143.2.2 PLC的选型163.3编程软件及编程语言的选择183.3.1 PLC的应用软件183.3.2编程工具软件与编程语言193.4混凝土搅拌站PLC程序设计203.4.1混凝土搅拌站PLC程序设计方案203.4.2系统初始化程序及主程序设计203.4.3报警电路的设计223.4.4断电保护程序设计223.4.5 I/0分配表和模拟量输入地址243.4.6位存储区(M)的使用概况253.4.7定时器(T)的使用概况263.6本章小结26第四章 程序语句及仿真274.1主程序及报警子程序语句表274.1.1主程序语句表274.1.2报警子程序语句表354.2程序编译394.3仿真调试414.3.1主程序仿真调试414.3.2报警程序仿真调试42第五章 结论44参考文献45致谢47附录48附录1 主程序梯形图48附录2 报警子程序梯形图57摘 要传统的混凝土搅拌站控制系统一般是由工控机、操作台和配电柜等几部分组成，具有体积大、可靠性低、通信不稳定等缺点。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、放料等机构部件组成，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，国家对基础设计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。本文针对PLC和配料控制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完成的任务有系统构造、PLC的I/O分配、工作流程图、PLC程序的编写及程序仿真。关键词：混泥土搅拌站，I/O分配，控制系统，仿真ABSTRACTThe traditional control system of concrete mixing plant is usually made up of parts such as industrial control computer, operation platform and distribution cabinet. It has the disadvantages of large volume, low reliability and unstable communication.Concrete mixing station is produced and developed with the birth of cement. It is a necessary equipment for construction of buildings, bridges, roads, dams and so on. It is made up of mechanism components such as storage, batching, discharging and so on. It is a complex system which is restricted by many links. With the rapid development of China's economic construction, enhance comprehensive national strength, the state of the infrastructure investment increased, driven by the rapid development of city commercial concrete, at the same time, the concrete mixing station has a larger space for development, the initial mixing station only in the form of a single machine, concrete mix with the self occupied, to carry out large-scale infrastructure construction, the concrete mixing station great market, the growing demand of measurement requirements more and more high, so there are various forms of agitation station is provided with a metering device, stirring from produced modern concrete station.This paper designs and controls the mixing station for PLC and batching control controller. Its main tasks are system construction, PLC I/O distribution, work flow chart, PLC programming and program simulation.KEY WORDS: concrete mixing station,the I/O distribution, control system, simulation第一章 绪论1.1选题背景及意义最初混凝土搅拌站以单机的形式出现，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。在混凝土搅拌站自动控制系统中，最终得到的混凝土质量取决于系统的稳定性和数据采集处理的精确性。随着城市现代化建设及其大型水利等工程的不断发展,以往那种由工地自行生产混凝土的方式由于其质量难以保证、噪声及粉尘污染大,因而必将为自动控制的混凝土搅拌站所取代。自动控制的混凝土搅拌站具有产品质量优良稳定、生产成本低、环保性能良好等特点，正在成为混凝土生产的主流。搅拌站市场日益激烈的竞争，使得搅拌站自动控制系统高性价比的重要性越来越突出。因此，对低成本、高性能新型搅拌站自动控制系统的研制开始变得越来越迫切。可编程控制器（PLC）具有可靠性高、功能完善、编程简单直观，能够有效地弥补继电器控制系统的缺陷。 12可编程逻辑控制器（PLC）自它诞生以来至今，以其极高的性价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物质需求得到有力保障。二十世纪六十年代，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程控制器（PDP-14型PLC）。随后，在二十世纪七十至八十年代一直简称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在控制领域的应用时保持了广泛的增长趋势。1.2混凝土搅拌站的现状及发展1.2.1混凝土搅拌站的现状世界上第一座混凝土搅拌站出现在二十世纪初的德国，至今商品混凝土作为独立的产业已有100多年的历史。在德国建立出混凝土搅拌站后，美国于1913年，法国于1933年建立了自己的搅拌站。二战后，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的发展。目前，德国、美国、意大利、日本等国的搅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/h300m3/h，对于混凝土生产,搅拌站应用比较普遍，尤其在大型工程中被采用。在我国，混凝土搅拌站的研制开始于上世纪50年代，在混凝土搅拌站的研制发展过程中，主要是参考国外的研究状态并根据用户的要求选择搅拌站的型式及主要技术参数。国标GB10171-88（混凝土搅拌站分类）和GB10172-88（混凝土搅拌站技术条件）颁布实施，将混凝土搅拌站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。产品技术标准和搅拌混凝土标准的要求中，对于混凝土搅拌站的技术指标已达到发达国家水平由于我国的城市化进程不断向前推进，商品混凝土在全国大中城市得到了迅速发展和推广应用，混凝土搅拌站（楼）也得到了高速发展。尽管在几十年的发展中，我国混凝土搅拌站生产企业越来越多，产品也已形成系列化，但技术水平相比国外先进技术还是有不少差距，且各企业之间技术亦参差不齐。只有部分产品接近国际先进水平，少数技术已经达到进口混凝土搅拌站的水平，其中部分产品具有自动化程度高、生产能力高、称量精度高、投资少、搅拌质量好，能实现多仓号、多配合比、不间断地连续生产以及主机及其主要元器件的国产化程度等优点。但我国的混凝土搅拌站（楼）还存在着整体技术含量不高、普及率不高、地区差异较大、智能化程度不高和环保性能低等缺点。近几年我国基础建设，煤矿、油田开发，电站、机场、高速铁路、高等级公路建设以及城镇住宅的开发与建设正蓬勃发展，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关键时刻，作为“一站三车”中的一站，混凝土搅拌站的重要地位不言而喻。121.2.2混凝土搅拌站的发展1.智能化智能化是所有机械设备的最终发展方向，搅拌站也不例外。当前多数制造商在这方面都有很大的投入，但只能说还处于一种比较低的智能化状态，在这方面，要以更高一种完全意义的智能化为出发点。2.环保化目前我国混凝土搅拌站的低环保性要从粉尘、噪声和污染三个方面加以改进和提高。在粉尘方面要在粉料的输送途径中加以控制，如水泥筒仓上采用进口的除尘器、主楼加装除尘器、螺旋机送料改为风槽送料以及整个站的封闭等都可将粉尘降低到最低程度；可通过提高主机的性能并采取隔音板之类的材料将噪声减少到最低；在污染方面要通过多种途径进行，如修建废水沉淀池以及二次循环过滤装置和骨料的二次使用。另外所有的粉状物料从上料、配料、计量、投料到搅拌出料都在密闭状态下进行。搅拌机盖、水泥计量仓、粉煤灰计量仓的排尘管均与除尘器相连，骨料加注口设置阻尘板从而降低粉尘排放量。全封闭的搅拌主楼及皮带输送机结构极大地降低了粉尘和噪声对环境的污染。采用负压除尘及特种纤维滤布使投料时产生的灰尘完全进入除尘器而不向周围扩散，而收集到的粉尘又可方便地回收再利用，有效地保护环境。3.高精度化高精度化主要指骨料、水泥、水和外加剂的计量精度，目前精度还有较大的提升空间。计量的高精度化是我国搅拌站的奋斗目标和发展方向，只有提高了计量精度才能生产出更高标号的高强混凝土来，如何提高计量装置的精确度是值得探讨的一个问题。4.标准化搅拌站的标准化是其最终的一个发展方向，任何设备都有标准，全球有国际标准，我国也有自己的行业标准。标准化可从根本上降低产品成本，节约大量的能耗资源，面对当前紧张的自然资源和高能耗低产出的形势，我们呼吁相关行业主管部门以及大型企业来推动这项事业。我国虽然有搅拌站的行业标准，但远远不能适应当前搅拌站的发展速度，标准相对滞后，行业标准在一定程度上没有起到引导作用，众多的生产厂家百家争鸣，一家一个标准的情况，造成市场混乱，使广大使用单位投资浪费。5.国产化前几年国产主机的性能不稳定，尤其是主机的轴端密封漏油问题不能很好解决，从而长期制约着国产主机的进一步提高。近几年来我国多家搅拌站生产厂家利用吸收国外主机技术相继开发了多个品牌的主机，如具有意大利技术的西门主机、仕高玛主机、德国BHS技术的主机等，在一定程度上解决了我国目前搅拌主机困绕多年的质量缺陷而得不到解决的局面。主要元器件方面目前多采用中外合资或国外独资制造的电器和液压元件，如托利多、施耐德、西门子、欧姆龙和力士乐等元器件都已相对较稳定，从而使国产站的成本有了大幅度降低，而质量上和稳定性上并不亚于进口搅拌站。341.3本论文的主要工作本文各章节内容安排如下：第一章 绪论。主要是介绍论文选题的目的和意义，并简要说明混凝土搅拌站的现状和发展。第二章 混凝土搅拌站总体方案设计。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，并设计PLC控制系统流程图。第三章 混凝土搅拌站控制系统设计。根据混凝土搅拌站的总体设计方案及程序流程图，进行PLC型号的选择、I/O端口的分配及写梯形图程序，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控制。第四章 程序语句及仿真。通过STEP7-Micro/WIN3.2编程软件对主程序及报警子程序进行编译和修改，并对程序进行仿真调试。第二章 混凝土搅拌站系统总体方案设计2.1混凝土搅拌站概述2.1.1混凝土搅拌站的组成混凝土搅拌站主要是由许多台主机和一些辅助设备组成，如图2.1所示。它最基本的组成部分包括运输设备、料斗设备、称量设备、搅拌设备和辅助设备等五部分。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料斗、卸料设备（阀门、给料机等）和一些其它附属装置组成。料斗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。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，其结构简单，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，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中最常见的是扇形闸门，它由压缩空气缸来操纵，骨料（石子和沙）都是采用闸门给料。3.称量设备称重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很大的影响。因此精确、高效的称重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（闸门和给料机）和称量设备等。对称量设备的要求，首先是准确，其次是快速。搅拌设备即一般的混凝土搅拌机，没有提升机装置和供水装置。其设计技术成熟，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。44.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。2.1.2混凝土搅拌站工作原理及工艺流程混凝土搅拌站示意图如图2.2所示，当混凝土搅拌站开始工作生产混凝土时，装载机首先会将碎石、砂等骨料装到专门的储料仓内，控制系统会自动计量并发出相应信号，供给砂料和石料的给料阀门会被打开，并将骨料投入到称斗中称重。随着称斗中的骨料的重量不断增加，直到电子秤显示重量达到要求，停止骨料投入。然后传送带运转，将骨料送至接料斗，接料斗再将其运送至位于搅拌机上方的待料斗。同上述过程，骨料称重配料的同时，其他称斗分别对水泥和粉煤灰以及添加剂、水等等进行称重计量。水泥仓中的螺旋输送机将水泥运送至水泥称量斗，供液系统分别将水和添加剂运转至水称量斗和添加剂称量斗中。当上述各种材料计量完成后，依次开启待料斗、水泥称量斗、粉煤灰称量斗、水称量斗和添加剂称量斗等的气动门、气动蝶阀、气动球阀等。此外，打开待料斗振机、水泥称量斗振机、粉煤灰称量斗振机、进水管加压泵，以使各材料都进入搅拌机内并充分搅拌。一段时间后，搅拌完成，开启搅拌机门进行卸料，在开门时注意先半开，再逐步全开，混凝土经出料口进入搅拌运输车，至此一个工作循环完成。图2.2 混凝土搅拌站示意图由于整台设备生产的连续性较强，控制系统中，每一个动作的前后时序性都有严格的要求，且到达某个状态时，必须保证与这一状态有关的动作全部完成，才可以进入下一个状态，因此必须通过设备上安装的限位开关和传感器对各执行机构的状态进行监控。2.2控制系统总体方案设计2.2.1控制系统设计方案电控系统由PLC、智能元件、传感器、中间继电器和执行机构等构成，如图2.3。图2.3 控制系统的构成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品质的性能，也有利于用户今后对搅拌站的更新与扩展，作者设计的混凝土搅拌机的PLC外部接线图如图2.4。智能元件主要是指集显示、变送和控制于一体的配料控制器，它有一个05V的模拟输出接口板，其模拟部分精度适用于0.2%，0.1%，0.05%包装秤使用。传感器主要包括称重传感器和行程开关等。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。图2.4 PLC外部接线图2.2.2称重传感器的选择混凝土搅拌站控制系统主要采集的是各种物料的重量信号，故本系统选用的是压力传感器。压力传感器是称重系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测物重量信号转换成容易测量的电信号输出，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的因素：称重传感器选型应考虑过负荷因素；可靠性；传感器的防护等级；搅拌站的规模和工作类型；称重传感器的准确度。称重传感器的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的选型既要考虑混凝土搅拌楼站称重系统的基本要求，又要兼顾称重传感器的运行环境，还要削弱那些对称重传感器有重要影响的因素，合理地选择使用传感器。根据不同类型和规模的搅拌设备选用相应的传感器。混凝土搅拌站要求的传感器额定载荷从1kg4000kg不等，骨料传感器的称量范围最大，一般为50kg4500kg;外加剂传感器的额定载荷最小，一般不超过50kg。综合分析了传感器的量程和范围、线性度、灵敏度和分辨率后，并且根据搅拌站中称重传感器的运行环境，选用的是ZHSB型悬臂梁称重传感器，如图2.5。图2.5 ZHSB型悬臂梁称重传感器ZHSB型传感器具有0.05%F.S的精度等级、2±0.002mv/v的灵敏度、0.1%F.S的非线性、±0.05%F.S/30min的蠕变和蠕变恢复、0.05%F. S的滞后和重复性、0.02%F. S/10的零点输出温度影响和额定输出温度影响、15V (DC)的最大工作电压，其额定载荷则为0.325T。ZHSB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、防水性能好的特点。特别适合于恶劣环境，如建筑、水利、化工、电力、港口等行业的工程机械，如搅拌站、打桩机、配料秤、料斗秤等。52.2.3 PLC控制系统设计流程图确定控制对象和控制任务PLC型号与编程软件的选择I/O及监控地址分配软件设计及模拟调试联机调试修改软件或硬件符合控制要求？编程技术文章现场安装调试交付使用电气系统设计硬件组装通电实验正确？NNYY图2.6 PLC控制系统设计流程图2.3本章小结本章介绍了混凝土搅拌站的组成、工作原理及工艺流程，并设计出混凝土搅拌站控制系统总体方案，主要包括控制系统的构成，传感器的选型以及PLC控制系统设计流程图。第三章 混凝土搅拌站控制系统设计3.1 PLC控制系统设计的基本原则与主要内容3.1.1控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）PLC的选择除了应满足技术指标的要求外，应尽量选择主流机型；（2）最大限度的满足被控对象的控制要求,设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，拟订控制方案，解决问题；（3）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便；（4）保证控制系统的安全、可靠；（5）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。73.1.2控制系统设计的主要内容PLC控制系统是由PLC与用户输写、输出设备连接而成的，用以完成预期的控制目的与相应的控制要求。因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：（1）根据生产设备或生产过程的工艺要求，以及所提出的各项控制指标与经济预算，首先进行系统的总体设计。（2）根据控制要求基本确定数字I/O点和模拟量通道数，进行I/O点初步分配，绘制I/O使用资料图。（3）进行PLC系统配置设计，主要为PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择PLC应包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。（4）选择用户输入设备（按扭、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），这些设备属于一般的电器元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。（5）设计控制程序。在深入了解与掌握控制要求、主要控制的基本方式以及完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和连锁等方面情况之后，对较复杂的控制系统，可用状态流程图形式全面表达出来。必要时还可将控制任务分成几个独立部分，这样可化繁为简，有利于编程和调试。程序设计主要包括绘制控制系统流程图、编制语句表达程序清单。控制程序是控制整个系统工作的条件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。73.2可编程控制器的选择3.2.1 PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，其扫描过程如图3.1所示。STOPRUN内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理CPU运行方式更新时钟和特殊寄存器电源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3.1 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的时间称为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。在通信操作服务阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停(STOP)状态时，只进行内部处理和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11。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的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器。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，输入映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映像寄存器的内容也不发生变化，只有在下一个扫描周期的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的步序，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的跳转地址。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的对应输入端子状态，从输出映像寄存器读出对应映像寄存器的当前状态，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的内容，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的Y寄存器的状态，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的扫描既可按固定的顺序进行，也可按用户程序所指定的可变顺序进行。这不仅因为有的程序不需要每扫描一次就执行一次，而目也因为在一些大系统中需要处理的I/O点数多，通过安排不同的组织模块，采用分时分批扫描的执行方法，可缩短循环扫描的周期和提高控制的实时响应性。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是“串行”工作的，这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别。PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。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的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。暂存在输出映像寄存器中的输出信号，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，全部输入输出状态的改变需要一个扫描周期。换言之，输入输出的状态保持一个扫描周期。扫描周期是PLC一个很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描时间取决于扫描速度和用户程序长短。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的，PLC的响应滞后是允许的。但是对某些I/O快速响应的设备，则应采取相应的措施。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的中断处理等措施减少滞后时间。影响I/O滞后的主要原因有:输入滤波器的惯性；输出继电器接点的惯性；程序执行的时间；程序设计不当的附加影响等。3.2.2 PLC的选型进行PLC选型是，应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点以内，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，选用中小型模块式的较为合理；当控制对象I/O点在500点以上是就选用大型PLC。2）对象I/O类型问题I/O类型也是决定PLC选型的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选型的重要因素之一，一般而言，小型PLC没有通讯功能。而大型PLC一般都有各种标准的通信模块可供选择。4）系统响应时间问题系统响应时间也是影响PLC选型的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一下；大型PLC扫描时间在1ms/kb以下，而系统响应时间约为2倍的扫描周期。5）可靠性问题应从系统可靠性角度，决定PLC的类型和组网形式，比如对可靠性要求极高的系统，可考虑用双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、型式也是必须考虑的重要因素。通常的计算方法是：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的性能指标。另外，I/O点数，存贮容量应留有一定的余量以便实际工作中的调整。确定PLC的型号后，就必须对各种模块进行选型，开关量模块的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、分组式和汇点式。通常，独立式的点均价格较高，如果实际系统中开关量输入信号之间不需要隔离可考虑选择后两种。点数问题。前面所说，点数是影响PLC选型的重要因素，同样在进行1/0模块的选型时也必须根据具体点数的多少选择恰当的1/0模块。一般而言，点数多的点均价就低。开关量输入模块。通常的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的选型时必须根据实际系统运行中的要求综合考虑。开关量输出模块。通常的开关量输出模块类型有继电器输出、可控硅输出和晶体管输出。在开关量输出模块的选型过程中，必须根据实际系统运行要求及要求输出的电压等级进行相应的选型。本系统中的称重系统主要为电子秤，它们所提供的模拟量和其它一些安全监测传感器所提供的开关量，作为PLC准确控制的依据。模拟输入量包括沙料、石料等重量。开关输入量有：系统开关按钮；搅拌机（翻斗门）的上限位、下限位；沙料箱、石料箱闸门开关；各种机器故障；报警消铃；手动回零等。PLC的开关量输出有：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的执行机构。本系统需要配置的1/0点如下：2个模拟量输入, 19个开关量输入,22个开关量输出。根据对上述控制任务的分析，本项目选择了西门子的模块化中小型PLC系统S7-200，它能满足中等性能要求的应用，应用领域相当广泛。其模块化、无排风扇结构和易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-200成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的方案。S7-200系列所具有的多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的1/0扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加的模块对PLC进行扩展。SIMATIC S7-200所具备的高电磁兼容性和强抗振动，抗冲击性，更使其具有最高的工业环境适应性。 此外，S7-200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。3.3编程软件及编程语言的选择软件开发采用与S7-200PLC配套的STEP7-Micro/WIN32编程软件。该软件功能强大，界面友好，并有方面的联机帮助功能。用户可利用该软件开发PLC应用程序，同时也可实时监控用户程序的执行状态。该软件采用与电气控制电路图相呼应的梯形图语言编写控制程序，信号流清晰明了，便于工作人员阅读。在设计输入输出点采用集中管理，大大简化了程序，也有利于软件的后续升级和维护。3.3.1 PLC的应用软件应用软件是指为完成实际的控制任务而编写的各种软件。它与具体的生产工艺紧密相关，随着生产工艺的不同而不同。因此，在应用软件的编写之前编程人员必须深入现场，然后严格按照生产工艺的要求来编制控制程序。此外，应用软件与硬件密不可分，他们共同合作，互相弥补来完成生产工艺所要求的控制功能，在进PLC控制系统的研究时同样要求行软、硬件的划分，合理的划分能使系统简单可靠、成本低而且便于维护。总之，一个系统控制效果和性能的好坏不单单取决于硬件或软件而是两者共同作用的结果。3.3.2编程工具软件与编程语言PLC有多种编程语言：梯形图、助记符语言、逻辑功能图、布尔代数语言和某些高级语言(如Basic、C语言等)。由于梯形图是沿用电气控制电路的符号所组合而成的图形语占，具有易学易用、简单明了、直观的优点被广大的工程技术人员所接受。因此它是现在使用最为广泛的编程语言之一，几乎所有厂家的PLC都支持梯形图编程(虽然各厂家的梯形图略有差异，但原理和方法都差不多)。由于各厂家的PLC在功能、结构上存在较大差别，在应用软件的编译上也大不相同。因此，没有通用于各个厂家PLC的编程工具软件。现在世界上各个PLC厂家都研制了自己的PLC编程支持工具软件，用户可以根据自己所选的PLC来选择相应的编程支持工具软件。此次课题研究选的是西门子S7-200PLC，因此在进行应用软件的编制时使用的是与S7-200PLC配套的STEP7-Micro/WIN32编程软件，该软件支持三种编程语言输入即：梯形图（LAD）语言、语句表（STL）语言、功能块（FBD）图，而且这三种语言还可以通过该编程软件进行相互转换。使用梯形图语言和顺序功能图语言时只需将所需的编程语言元素拖到工作区便可组成所需的程序，其界面如图3.2。图 3.2 编程工具软件的界面3.4混凝土搅拌站PLC程序设计3.4.1混凝土搅拌站PLC程序设计方案为了使PLC完成混凝土搅拌站整个生产过程的现场控制功能，PLC需要采集各秤的重量信号及其它传感器和行程开关提供的开关量信号，并对此进行处理后，输出对电磁阀、电动机等各执行机构的控制信号，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的信号分别经称重变送器进入PLC。由于变送器输出的是并行BCD码，所以需经过程序转换成二进制码，储存于PLC的数据寄存器中，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） 由于秤斗上粘附的原料使称重产生偏差，所以需要进行去皮处理。去皮时，PLC记下此时的重量，此重量即为基准零点。在称量时用总重量减去基准零点值，得到的就是原料的准确重量。（4） 考虑到有可能因突然停电造成配料停止，为了不使已经配好的原料浪费，己经配好的原料的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的数据寄存器中。（5） 由于搅拌站运行过程中，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。83.4.2系统初始化程序及主程序设计 根据工作流程的要求，PLC控制程序执行输出动作时，计算机必须己经处于数据的采集与处理状态，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的状态，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、所有阀均已关闭，集料斗和秤斗均为空，本