基于PLC的混凝土攪拌站裝置設(shè)計(jì)

1、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，定吋，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等而向用戶的指令，并通過(guò)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(guò)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?jī)章房刂戚^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

2、集中的一種自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn) 品。dcs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(guò)程屮，大量的開(kāi)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(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)gm （通用汽車）公 司提fli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 代口編程序控制器，稱 programmable controller （pc）。個(gè)人計(jì)算

3、機(jī)（簡(jiǎn)稱pc）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器 的功能特點(diǎn)，可編程序掠制器定名為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(lái)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(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸!li，控制各種類型的機(jī)械 或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷败从嘘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

4、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3（f40%。在這吋期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接u能力和 網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在 過(guò)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)而廣、可靠性高、抗千擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特 點(diǎn)。plc在工業(yè)ft動(dòng)化控制特別是順序控制屮的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)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、1/0板、顯示而板、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pl

5、c包括cpu模塊、t/0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至少宥一個(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(lái)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(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用廣程序存貯器屮 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)，去指揮冇關(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

6、、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(lái)，不必耍詳細(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)算的屮間結(jié)果，它也是在控制器指揮 下工作。cpu速度和存容量是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，10數(shù) 量及軟件容量等，岡此限制著控制規(guī)模。2. i/o模塊plc與電氣冋路的接u,是通過(guò)輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成 了 plc的i/o電

7、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)，輸出模塊和反。i/o分為 開(kāi)關(guān)量輸入（dt），開(kāi)關(guān)量輸出（d0）,模擬量輸入（at），模擬量輸出（a0）等 模塊。常用的i/o分類如下：開(kāi)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，宥電流型（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10外，還有特殊10模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按

8、i/o點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，1/0模塊對(duì)多對(duì)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)，冇的還為輸入 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(wèn)底板上的所宥模塊，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(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器 件

9、，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般冇手持型編程器，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)界而：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界而是指示燈和按鈕，前液晶屏（或觸摸屏） 式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)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）輸入輸川設(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，輸入模擬景的電位器，打印機(jī)等。1.3 plg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丁，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維

10、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、p1d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(guò)i/o模塊完成 對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)，異有溫度、運(yùn)動(dòng)等測(cè)量接u。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)，宥rs232 或rs485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程i/o控制，多臺(tái)plc可彼此問(wèn)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

11、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m絡(luò)，以便完成較人規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說(shuō)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(guò)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 plg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

12、 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(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些 使用冗余cpu的plc的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從plc的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，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，電氣接線及丌關(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)故障吋可及吋發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件屮，應(yīng)用蕎還可以編 入外圍器件的故障0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q 診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)兵宥極高的可靠性也就不奇怪了。2. 配套齊全，功能完善，

13、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?各種規(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，可用丁各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)plc的功能單元大暈涌現(xiàn)，使 plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制屮。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)的工校設(shè)備。它接u容易， 編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器 電路圖和當(dāng)接近，只用plc的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就

14、可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器 電路的功能。為不熟悉電+電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從 事工業(yè)控制打開(kāi)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，同吋維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè) 備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)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loonim,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 plg的應(yīng)用領(lǐng)域目前，pl

15、c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(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納 為如下幾類。1. 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是plc最基木、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cj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(guò)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。為了使町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

16、。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可以用于岡周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接 用于開(kāi)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)品幾乎都冇運(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(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流景等模擬量的閉環(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都宥p

17、id模塊，目前許多小型plc 也異有此功能模訣。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid t程序。過(guò)程校制在冶金、 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具冇數(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)裾傳送、 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≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制 系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)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(guò)程中，大

18、量的開(kāi)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(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)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+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)單的邏輯控制及定吋、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70 年代初出現(xiàn)了微處理器。

19、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，川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(yǔ)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。此吋的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(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特 點(diǎn)，可編程序掠制器定名為 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(kāi)放開(kāi)始的。最 初是在引進(jìn)設(shè)備屮大量

20、使用了可編程控制器。接下來(lái)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，我岡ix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(wú)錫平光公司、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 w現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，plc在我w將冇更廣闊的應(yīng)用天地。1.8 plc未來(lái)展望21世紀(jì)，plc會(huì)宥更大的發(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

21、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句發(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w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m際市 場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)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。口前的計(jì)算機(jī)集散按制系統(tǒng)dcs (distributed control system)屮已有大 量的可編程控制器極用。伴隨

22、著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為q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(lái)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十?dāng)嚢枵拘吞?hào)較多，但其結(jié)構(gòu)基本相似，均采用電氣程序控制?；炷?攪拌站按作業(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：水漿電機(jī)水泥螺旋輸料機(jī)添加劑螺旋輸料機(jī)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)、

23、拉紀(jì)、抓斗和裝載機(jī)等，其屮皮帶機(jī)是攪拌裝置屮最常用的骨料運(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(lái)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，常用的育方形和關(guān)形。關(guān)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u的開(kāi)啟和關(guān)閉 的，大多是氣動(dòng)的，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，卸料能力

24、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，但在混凝十?dāng)嚢柩b置中最常用的是扇 形閘門，它由壓縮空氣缸來(lái)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(guò)程屮的一項(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)度奮著很大的影響。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)備包拈貯料斗、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

25、產(chǎn)生很大的 影響，同時(shí)乂要滿足一定的生產(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，扛桿秤已經(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，伢料秤斗是長(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(méi)宥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

26、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)吋，首先將骨料分別裝入各自料倉(cāng)，然后打開(kāi)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，秤斗屮的骨料不斷增加直到電 子秤指示到所要求的重量才控制卜*料閥門停止投料，然盾啟動(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(kāi)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(kāi)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 的吋間后，打開(kāi)攪拌機(jī)的門進(jìn)行卸料（攪拌站的門先半開(kāi)，再全開(kāi)），完成混凝十生產(chǎn)的一個(gè)循環(huán)。在石料、砂料的稱重計(jì)量吋，系統(tǒng)用分別控制兩個(gè)

27、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巾計(jì)景螺旋機(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)屮，每一個(gè)動(dòng)作的前后吋序性都 宥嚴(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)宥關(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(guò)設(shè)備上安裝的限位開(kāi)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：傳感器_智能元件混凝土 執(zhí)行機(jī)構(gòu)._中間繼電器攪拌站圖2-2原理圖1）它具有兼容

28、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(lái)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。它冇一個(gè)05v的模擬輸出接1_1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(kāi)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稱重傳感器的選擇浞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)屮的重要組成部分，由各種壓力敏感元件 將被測(cè)物重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成容

29、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： 稱重傳感器選型應(yīng)考慮過(guò)負(fù)荷因素 可靠性 傳感器的防護(hù)等級(jí) 攪拌站的規(guī)模和工作類型 稱重傳感器的準(zhǔn)確度稱重傳感器的選型極充分考慮以上一些因素外，還極盡可能兼顧結(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，乂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?；炷翑嚢枵疽蟮膫鞲衅黝~定載荷從1kg4000kg不等，骨料傳感

30、器的稱 量范鬧最大，般為50kg4500kg;外加劑傳感器的額定載荷最小，般不超過(guò) 50kg。綜合分析了傳感器的量程和范圍、線性度、靈敏度和分辨率厄，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(l)型方懸臂梁高精度壓力傳感 器(如圖2-3)圖2-3 hl-f(l)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/10ctc的零點(diǎn)輸出溫度影響和額定輸出溫度影響、15v (dc)的最人工作電壓， 艽額

31、定載荷則為120t。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，其中包拈配方號(hào)、 混凝土等級(jí)、坍落度、生產(chǎn)方景等.根據(jù)稱重對(duì)各料倉(cāng)、計(jì)景斗進(jìn)行檢測(cè),輸出料 空或料滿信號(hào)，提示操作人員確定是

32、杏啟動(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(kāi)粉煤灰、水泥罐的蝶閥，扁動(dòng)螺旋機(jī)電機(jī)輸送粉煤灰、水泥到計(jì) 量斗;開(kāi)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(kāi)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(kāi) 攪拌機(jī)門，氾凝土進(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)按混凝十?dāng)嚢枇鞒痰囊筮\(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)其有良好的抗干擾能力3.3程序i/o分配表表33 i/o分配表i/o分配表輸入輸出x0啟動(dòng)sb

33、1y0手動(dòng)燈ld1xi急停sb2y1循環(huán)指示燈ld2x2稱重傳感器1sq1y2攪拌機(jī)電機(jī)km1x3稱重傳感器2sq2y3添加劑螺旋輸送機(jī)km2x4攪拌機(jī)上限位sq3y4水泥螺旋輸送機(jī)謂3x5攪拌機(jī)下限位sq4y5水泉km4x6手動(dòng)sb3y6沙料輸送km5x7攪拌機(jī)啟動(dòng)sb4y7石料輸送km6x10添加劑輸送機(jī)啟動(dòng)sb5y10沙料輸送閘門線圈km7xii水泥螺旋輸送機(jī)啟動(dòng)sb6y11石料箱放料閘門線圈km8x12水泵電機(jī)啟動(dòng)sb7y12傳送電機(jī)km9x13石料輸入sb8y13攪拌完成指示燈ld3x14沙料輸入sb9y14翻斗機(jī)卸料km10x15傳輸帶電機(jī)啟動(dòng)sb10y16攪拌機(jī)上升km111/0

34、分配表3. 4 plc端子接線巵動(dòng)稱重傳®器1，稱重傳®器2, 擔(dān)拌機(jī)上隊(duì)位 18拌機(jī)下隊(duì)位添加劑送機(jī)啟動(dòng) 水泥鏡送機(jī)啟動(dòng) 水泵啟動(dòng)石料祛送機(jī)啟動(dòng) 沙料編送機(jī)啟動(dòng) 傳送帝電機(jī)巵動(dòng)擁斗機(jī)郊科 擔(dān)拌機(jī)上升p sblccwn-，ll»11>yoyly2“2l-|y3y4-*y5y6<y10<ylly12ac-220vpe-4j-o l!drldb手動(dòng)燈 lm通環(huán)指示燈，擔(dān)梓機(jī)電機(jī)km2 加劑螺旋祐送機(jī)v呵水源爆請(qǐng)瑜送機(jī)， 腿水泵km5j沙料軺迻 km5,石科sa送、胃詠科綸送i用門線囹 khe,5科箱放科闌門線 ld3 58拌芫成»示燈kli

35、flo i -傳送電機(jī)*kluelw 一汝循壞完成指不燈輸入輸出x16攪拌機(jī)上升sb11y17一次循環(huán)完成指示燈ld4x17翻斗機(jī)卸料sb12y18圖3-4 plc端子接線圖料送開(kāi)石輸機(jī)3. 5流程圖料送沙輸機(jī)開(kāi)k水機(jī) 水屯開(kāi)泥旋料開(kāi) 水螺輸機(jī)加螺輸機(jī)y添 劑 旋 料 開(kāi)攪拌機(jī)開(kāi)閘n打開(kāi)，傳送m門打開(kāi)，傳送 帶啟動(dòng)開(kāi)始計(jì)時(shí) 0. 5分鐘開(kāi)始計(jì)時(shí)3 分鐘開(kāi)始計(jì)時(shí)5 分鐘開(kāi)始記錄攪拌吋間5分鐘，配料完畢指示燈亮: 10秒后自動(dòng)滅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(kāi)始指示燈）的led亮；點(diǎn)擊x6 （手動(dòng)開(kāi)始），各電機(jī)啟動(dòng)，