基于PLC的混凝土配料控制系统

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1、编编 号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目：基于基于 PLC 的混凝土配料控制系统的混凝土配料控制系统 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业学 号： 0923124学生姓名： 严 杰 指导教师： 潘国锋 （职称：副教授 ） （职称： ）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚诚 信信 承承 诺诺 书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于 PLC 的混凝土配料控制系统 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他

2、个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923124 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无无锡锡太太湖湖学学院院信信 机机系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书一、题目及专题：一、题目及专题：1、题目 基于 PLC 的混凝土配料控制系统 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 混凝土配料控制系统是建筑、冶金等行业应用广泛。与发达国家相比，我国混凝土配料控制系统的研究在稳定性和配料精度方面都存在很大的差距，因此急需研制开发高精度、智能型的配料控制仪。 PLC 具有可靠性高、功能完善

3、、产品标准化以及编程简单直观等优点，能够有效弥补继电器控制和单片机控制在可靠性方面的缺陷，与工控机配合易于实现操作与管理。同时自动配料控制系统配料均匀，运行稳定可靠。变速给料结合高精度电子称量，实现了高精度自动配料，达到全自动控制，大大提高了生产效率，降低了操作人员的劳动强度，节约了劳动成本，具有良好的经济效益。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求：(1)用 PLC 实现对混凝土配料系统的控制。 (2)掌握用 PLC 设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法。 (3)掌握基本逻辑指令的应用和学会使用传感器的检测信号构成故障II报警程序的设计法。 (4

4、)训练能综合各种信号实现某种控制规律的编程思路和技巧提高综合分析问题的能力 课程设计完成内容。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 93 班班 姓名姓名 严 杰 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期：自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师指导教师签名签名 签名签名 签名签名教教研研室室主主任任学科组组长研究所学科组组长研究所所长所长签名签名 系主任系主任 签名签名2012 年年 11 月月 20 日日III摘摘 要要随着我国经济建设的飞速发展，许多大型的基础工程及

5、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，交通和建筑管理部门要求施工用的混凝土集中生产和管理。这样，不仅要求混凝土的配料精度高，而且要求生产速度快，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。基于上述原因，我设计了基于的商品混凝土搅拌设备自动控制系统。常见的混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

6、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） ；自动控制无锡太湖学院学士学位论文IVAbstractWith the rapid development of Chinas economic construction, the basis for many large engineering an

7、d construction projects have been started. Construction of high quality project needs high-quality concrete, and with the strengthening of environmental consciousness, in order to reduce urban noise and pollution, traffic and construction management department for the construction of concrete used i

8、n concentration of production and management. This requires not only the ingredients of concrete, high precision, and require the production speed, therefore, the production process of concrete mixing equipment automatic control system has attracted attention. Programmable controller with high relia

9、bility, functional, simple and intuitive program can effectively make up for the relay control system defects. For these reasons, I designed the product based automatic control system of concrete mixing equipment.Common control of concrete mixing station has direct control of relays, PLC and compute

10、r and PLC integration and combination of ingredients controller 3 control. Batching Controller using PLC and the control of mixing with reliable, cost-effective, can guarantee the quality of concrete to improve concrete production efficiency. As the core of concrete mixing station, control and monit

11、oring procedures in the measurement of precise, reliable control, easy management, and other requirements are increasing. In this paper, combined with PLC control and ingredients mixing station controller to design the control and monitoring process design of the main tasks to be accomplished in a s

12、ystematic structure, PLCs I / O allocation, work flow and procedures for the preparation of PLC.KEY WORDS: Concrete mixing station; The I / O distribut- ion;Programmable logic controller(PLC); Automatic controlVV目目 录录摘 要.IIIABSTRACT.IV目 录 .V1 绪论.71.1 国内外的发展概况.81.2 本课题的研究内容和意义.91.3 本课题应达到的要求.92 混凝土配料

13、系统结构.102.1 混凝土配料控制系统的组成.102.2 混凝土配料及搅拌系统结构图如下.112.3 混凝土配料及搅拌系统中需要控制的部件.112.4 混凝土配料控制方案设计.133 混凝土配料控制系统设计.153.1 系统设计.153.2 系统硬件设计.153.3 系统软件设计.163.3.1 上位机监控软件.163.3.2 通讯功能的实现.173.3.3 PLC 控制功能软件设计.174 PLC 软件设计.194.1 端子线图.194.2 顺序功能图.204.3 梯形图.215 程序调试.305.1 模拟调试的准备工作.305.2 仿真调试.305.2.1 手动控制程序仿真.305.2.

14、2 连续控制程序仿真.315.2.3 放石料 1 程序仿真.315.2.4 放石粉 1 程序仿真.315.2.5 放沥青程序仿真.315.2.6 报警程序.325.3 小结.326 结论与展望.336.1 结论.336.2 足之处及未来展望.33致 谢.34无锡太湖学院学士学位论文VI参考文献.35基于 PLC 的混凝土配料控制系统71 绪论绪论在现代工业生产中，经常需要将多种原料按一定的比例混合，以制造某种产品，如冶金工业中生产过程的物料配比称重，煤炭能源工业中的连续物料称重计量等这种将一种原料和其它多种原料按事先设定的比例进行混合配料的配料称重系统在工业生产过程中有着广泛的应用。它能根据事

15、先设定的配料单，将各种不同的原料在不同的称重设备中进行称量配料1。我国正处于经济高速发展的阶段，基础设施(包括房屋、桥梁、隧道、堤坝、机场等)的不完善在一定程度上阻碍其发展，这些基础设施的建造速度、成本和其质量无一不与混凝土生产设备有关。随着当今世界科技日新月异。混凝土生产设备正朝着智能化、信息化与商业化发展，研究高精度、智能型的配料控制仪成为建筑等行业的研究热点问题。在现在化的生产中，生产机械的自动化程度反映了工业生产发展的水平。现代化的生产设备与系统已不再是传统意义上单纯的机械系统，而是机电一体化的综合系统电气传动与控制系统已经成为现代生产机械的重要组成部分。机与电，传动与控制已经成为不可

16、分割的整体。所谓的机电传动，是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称，它的目的是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动，停止以及速度调节，完成各种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常进行。机电传动控制系统所要完成的任务，从广义上讲，就是要使生产机械设备，生产线，车间，甚至整个工厂都实现自动化；从狭义上讲，则指通过控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的曾加，质量的提高，生产成本的降低，工人劳动的条件的改善的以及能量的合理利用。机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。单就机电而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是一台电动机拖

17、动一根天轴，再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种生产方式效率低，劳动条件差，一旦电动机放生故障，将造成成组机械的停车；所谓但电动机的拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽然较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构复杂；多电动机拖动，即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动，这种拖动的方式不仅大大的简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件，所以，现在化机电传动基本上均采用这种拖动形式。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件

18、搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，无锡太湖学院学士学位论文8增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件

19、和显著标志。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。本设计就 PLC 在机械控制上的应用作了详细阐述。1.1 国内外的发展概况国内外的发展概况德国于 1903 年建立了世界上第一个混凝土搅拌楼，随后，美国于 1913 年，法国于1933 年，日本于 1949 年建立了搅拌楼。70 年代到 80 年代随着单片机的应用，搅拌楼进入了智能化时代2。进入 90 年代混凝土生产发展到商用搅拌站阶段，也是搅

20、拌设备发展最快的时期3。目前，德国、美国、日本、意大利等国家生产搅拌设备的技术水平和可靠性方面处于领先地位。现今同类产品中最为出色的是日本公司的 CB920、美国托利多的Panth，但其一个控制盒同时称重多种物料的产品还难以可靠的对单通道进行启停、卸料等操作，并且其称量精度还有迸一步提升的空间4。我国自 60 年代开始研究混凝土搅拌楼，主要用于水利工程。80 年代中期开始生产小型混凝土搅拌楼，用于工业与民用建筑工程。目前国内还处在混凝土搅拌楼的研发阶段，研发的配料机多数沿用“提升上料，自落配料、开环控制”的设计模型。国内专业的商用搅拌站还很少，并且国内少数的商用搅拌站大多采用国外的生产装置用。

21、现今国内配料搅拌控制仪大多是单通道，如果要对水泥、泥沙、水、外添加剂进行同时称量，需要 4 个控制盒，通过上微机协调控制。显然这种状况制约了我国组建大型搅拌站。并且国内生产的配料搅拌控制盒在精度和稳定性上与国外一流水平还有相当大的距离。混凝土配料设备的各阶段新技术及其特点如表 1.1 所示表 1.1 混凝土配料设备的各阶段特点年代引入的新技术特点70 年代以前配料搅拌机械手动机械、配料精度低、生产率低70 到 80 年代单片机技术智能机械、生产率提高、精度提高、单通道控制器90 年代信息技术大型配料系统、生产率大幅提高、管理方便、商业化现今智能算法与机械改进大型系统、精度大幅提高、多通道控制器

22、就技术工艺和设备的先进性而言，美国、英国、德国、法国、意大利、日本等国家生产的混凝土搅拌设备在总体技术水平和运行性能方面处于世界前列，尤其在智能控制和运行可靠性方而更是如此。其产品占据了世界工程机械的大部分市场，而且牢牢占据了高端市场，仅我国 240th 以上的大型混凝土搅拌设备份额中，国外产品就占了90。2005 年国内市场容量大约在 1200 台左右，销售额 30 亿元左右。其中，国产混凝土搅拌设备销量在 950 台左右，多数以 240th 以下的(低端)产品居多，销售额 14 亿元左基于 PLC 的混凝土配料控制系统9右；进口及外资产品销售数量 250 台左右，并以 240th 以上的(

23、高端)产品居多，销售额在 16 亿元左右。在市场激烈竞争的强烈刺激下，他们不断改进和完善整机性能，加快产品的更新换代，液压和气动技术更是日益提高，电子技术、微型计算机技术和信息处理技术的不断发展，使得工程机械产品到了机电液气一体化发展的新时期51.2 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义在建筑行业中，混凝土是建筑工程中应用最广泛的材科之一，箕经济、技术指标对于整个建筑工程的质量和成本有着举足轻重的关系。混凝土由水泥、水、砂石、外添加剂等原材料制成。早期采用的是人工配料，即操作人员将各种原料依次在磅秤上称量，然后依次加入到搅拌器中，最后才进行搅拌搅拌就是充分混合的过程。因此，各种原料的重

24、量是否符合预先设定的比例在很大程度上取决于计量入员抟技箍移工箨责任心。这稗配料方法存在效率低和精度不高的缺点，直接影响建筑的质量和成本。为了提高混凝土的强度节约水泥和满足技术要求，各种原材料必须严格按预先试验好的比例配合在一起。混凝土配料搅拌控制系统就是对这几种物料按比例进行称量然后再搅拌混合的智能化装置。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。两且是生产优质高强混凝土的可靠保证6。这些年来随着建筑行业的迅猛发展，迫切需要研制出兼顾速度和精度的混凝土配料控制系统。1.3 本课题应达到的要求本课题应达到的要求本文在了解和分析工艺需求的基础上,运用自

25、动控制理论和技术,分析和研究影响配料精度、配料速度和系统稳定性等因素的关键技术,设计出一套性能良好的混凝土配料系统(硬件构成和软件实现),实现整个搅拌站稳定、快速地提供高质量的混凝土,满足工艺要求。主要研究内容和方法如下：(1)在分析影响混凝土配料控制精度的因素基础上,通过大量的工程实践经验,研究和制定控制策略。(2)根据工艺要求,利用计算机控制技术提出系统方案设计。主要包括:系统总体结构的组成、硬件元器件的选型、系统软件平台的选择、配料系统各关键模块的具体设计、数据库系统、操作界面的设计等。(3)采用软件模块和对象化的设计方法,结合用户需求设计开发监控程序,并进行软件与硬件的联合调试,对系统

26、进行检测和优化,使系统达到设计目标間。(4)通过现场调试和运行,不断完善参数,以达到满意的配料控制精度和速度,最后交付用户使用。无锡太湖学院学士学位论文102 混凝土配料系统结构混凝土配料系统结构2.1 混凝土配料控制系统的组成混凝土配料控制系统的组成配料控制系统由储料仓、给料系统、称重计量系统、搅拌设备、混料设备、输送设备及中心控制系统几部分组成7。(1)给料系统螺旋给料系统由电机驱动，给料速度由电机(包括减速机)速度、螺旋给料器口径和螺距来决定。适用于物料流动性较好、配料精度要求较高、配料速度要求较慢的场合。为了提高配料速度和精度，可采用双速电机机构驱动螺旋给料机，粗加料时用高速，细加料时

27、用低速。料门给料系统适合物料流动性好、配料速度要求快、精度要求相对较低的场合。通常使用双气缸实现料门两种开口大小或一大一小两个料门。在粗加料时将料门全部打开，达到一定量时将料门关闭一部分进行细加料，达到预定量时将料门全部关闭。对于一些液体原料(如水等)可采用电磁阀给料方式，这种方式控制相对简单、也可采用双管路双电磁阀控制，提高配料速度和精度。除了上述三种方式外，还有一些场合可以采用传送带、刮板、真空抽吸、震动给料等方式。本系统采用螺旋给料机来供料。(2)称重计量系统称重计量系统是自动配料系统的核心。随着科学技术的迅速发展，称重技术的进步可谓之日新月异，称重计量模式的发展经历了传统的杠杆机械秤、

28、机电结合式电子秤和传感器式电子秤、电脑秤和微机控制秤等阶段。杠杆机械秤主要由秤斗和杠杆系统组成，其称重速度慢、效率低、不能适应生产自动化的要求。称量斗传感器滤波保护放大A/D单片机交流电源按键与显示桥压电源图2.1子称原理框图电子秤是装有电子装置的一种衡器，它由承重、传力复位系统(如机械计量斗)、称重传感器以及称重仪表等组成8。电子秤的结构如图2.1所示。(3)中心控制系统称重计量系统和中心控制系统是自动配料系统的核心。中心控制系统可采用单片机或者微机来实现。控制上有集中控制和分布式控制等形式。前者考虑到对计算机的充分利用，用一台计算机直接控制和管理多路生产设备，造价相对低廉，但是这种控制方式

29、基于 PLC 的混凝土配料控制系统11控制任务过于集中，一旦计算机出现故障，则会影响全局。随着科学技术的进步，低廉和功能完善的微型计算机和单片机的问世，出现了分布式控制结构，即由若干微处理器分别承担部分任务，共同组成计算机控制系统，并且用一台功能更强的计算机进行管理，这种结构中的每一台控制器功能都较为简单，但是可靠性更高，可维护性更好。采用两级分布式控制方式时，系统的下位机一般采用单片机为核心控制器，每台控制器直接控制四台秤，实现四路物料的定量给料。系统的上位机一般采用工控机。一台上位机连接多台下位机，用于生产线的集中管理。上位机具有数据采集和分类储存的功能，还可实现人机对话，完成集中监视、集

30、中操作和集中管理等多项任务。系统的上下位机之间通过 RS-485或 RS-232等串行通讯总线进行信息交换9。(4)搅拌设备目前国内的搅拌设备已趋于成熟，有0.5/1.0/1.5/2.0/3.0/4.0m3等多种规格。例如市场主流的珠海仕高玛 MAO 系列搅拌机具有以下功能：配备多重轴端密封保护装置及风压保护装置，有效杜绝漏浆现象发生。独有监控系统可监控减速箱、卸料泵、润滑油泵等重要部件运行状态。配备380VAC 电动时控润滑油泵。可选配搅拌机称重保护装置。重型设计，运行稳定。2.2 混凝土配料及搅拌系统结构图混凝土配料及搅拌系统结构图如下如下图2.2混凝土配料及搅拌控制系统结构2.3 混凝土

31、配料及搅拌系统中需要控制的部件混凝土配料及搅拌系统中需要控制的部件(1)PLC 主机：选择西门子 S7200-226系列外部扩展一个数字模块 EM221(8I)作为混凝土配料及搅拌系统过程中的控制主机。无锡太湖学院学士学位论文12(2)转换开关 SL:用于切换电路的手动、单周期、连续工作过程。(3)启动按钮 SB1：用于混凝土配料及搅拌系统的初始上电工作。(4)停止按钮 SB2：用于混凝土配料及搅拌系统的工作结束。(5)手动石料1按钮 SB3：用于手动控制石料1电磁阀的启动和停止。(6)手动石料2按钮 SB4：用于手动控制石料2电磁阀的启动和停止。(7)手动石粉1按钮 SB5：用于手动控制石粉

32、1电磁阀的启动和停止。(8)手动石粉2按钮 SB6：用于手动控制石粉2电磁阀的启动和停止。(9)手动沥青按钮 SB7：用于手动控制沥青电磁阀的启动和停止。(10)手动石料料斗按钮 SB8：用于手动控制石料料斗电磁阀的启动和停止。(11)手动石粉料斗按钮 SB9：用于手动控制石粉料斗电磁阀的启动和停止。(12)手动沥青料斗按钮 SB10：用于手动控制沥青料斗电磁阀的启动和停止。(13)手动搅拌机按钮 SB11：用于手动控制搅拌缸电机 M 的启动和停止。(14)手动阀门开关 SB12：用于手动控制搅拌缸阀门电磁阀的启动和停止。(15)石料1脉冲计量传感器 SB13：用于计量石料1储料仓的放料数量。

33、(16)石料2脉冲计量传感器 SB14：用于计量石料2储料仓的放料数量。(17)石粉1脉冲计量传感器 SB15：用于计量石粉1储料仓的放料数量。(18)石粉2脉冲计量传感器 SB16：用于计量石粉2储料仓的放料数量。(19)沥青脉冲计量传感器 SB17：用于计量沥青储料仓的放料数量。(20)石料料斗限位传感器 SQ1：用于控制石料料斗电磁阀的启动和停止。(21)石粉料斗限位传感器 SQ2：用于控制石粉料斗电磁阀的启动和停止。(22)沥青料斗限位传感器 SQ3：用于控制沥青料斗电磁阀的启动和停止。(23)石料1电磁阀 YV1：用于控制石料1储料仓的放料与否。(24)石料2电磁阀 YV2：用于控制

34、石料2储料仓的放料与否。(25)石粉1电磁阀 YV3：用于控制石粉1储料仓的放料与否。(26)石粉2电磁阀 YV4：用于控制石粉2储料仓的放料与否。(27)沥青电磁阀 YV5：用于控制沥青储料仓的放料与否。(28)石料料斗电磁阀 YV6：用于控制石料料斗的放料与否。(29)石粉料斗电磁阀 YV7：用于控制石粉料斗的放料与否。(30)沥青料斗电磁阀 YV8：用于控制沥青料斗的放料与否。(31)搅拌缸阀门电磁阀 YV9：用于控制搅拌缸阀门的开关与否。(32)搅拌缸电机 M：用于对材料进行搅拌。(33)声报警：发出声音。(34)光报警 HL：发出光亮。基于 PLC 的混凝土配料控制系统13表2.3混

35、凝土配料及搅拌系统 I/O 点及地址分配输入输出功能地址功能地址手动转换开关 SLI0.1石料 1 电磁阀 YV1Q0.1单周期转换开关 SLI0.2石料 2 电磁阀 YV2Q0.2连续转换开关 SLI0.3石粉 1 电磁阀 YV3Q0.3启动按钮 SB1I0.4石粉 2 电磁阀 YV4Q0.4停止按钮 SB2I0.5沥青电磁阀 YV5Q0.5石料料斗限位传感器 SQ1I0.6石料料斗电磁阀 YV6Q0.6石粉料斗限位传感器 SQ2I0.7石粉料斗电磁阀 YV7Q0.7沥青料斗限位传感器 SQ3I1.0沥青料斗电磁阀 YV8Q1.0阀门限位传感器 SQ4I1.1搅拌缸电机 MQ1.1手动石料

36、1 按钮 SB3I1.2搅拌缸阀门电磁阀 YV9Q1.2手动石料 2 按钮 SB4I1.3声报警Q1.3手动石粉 1 按钮 SB5I1.4光报警 HLQ1.4手动石粉 2 按钮 SB6I1.5手动沥青按钮 SB7I1.6手动石料料斗按钮 SB8I1.7手动石粉料斗按钮 SB9I2.0手动沥青料斗按钮 SB10I2.1手动搅拌机按钮 SB11I2.2手动阀门开关 SB12I2.3石料 1 脉冲计量传感器 SB13I2.4石料 2 脉冲计量传感器 SB14I2.5石粉 1 脉冲计量传感器 SB15I2.6石粉 2 脉冲计量传感器 SB16I2.7沥青脉冲计量传感器 SB17I3.02.4 混凝土配

37、料控制混凝土配料控制方案设计方案设计为了使 PLC 完成混凝土配料控制系统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，存储在 PLC 的数据寄存器中。然后经过 PLC 程序处理。无锡太湖学院学士学位论文14(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，PL

38、C 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,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。基于 PLC 的混凝土配料控制系统153 混凝土配料控制系统设计混凝土配料控制系统设计3.1 系统设计系统设计混凝土配料控制系统共有5个料斗，每个料斗各配有一台称重仪，分别对每种物料的下料量进行实时采集，将重量传输至工控机，根据与设定参数的比对

39、，通过 PLC 对电机、阀门的控制。上位机对各种工艺参数进行实时监控，包括设定值的给定、提前量、累计量等。系统上位机采用组态软件 MCGS,主要完成对重量数据的处理和和 PLC 进行通讯、实时监控、数据的存储10-12。完成对物料的控制、画面的动感效果，数据的存储是主要解决的技术问题。PLC 作为下位机，采用 Windows 操作系统下的 STEP7编程软件进行程序的在线或离线检查、调试、监控等操作，以方便可靠地实现对现场设备的控制。由于混凝土搅拌设备需要连续地生产，因各个动作之间有着严格的顺序限制，因此采用顺序控制、经验控制和步进控制相结合，软件设计包括初始化程序，主程序，子程序，中断程序，

40、故障应急措施和辅助程序的设计。3.2 系统硬件设计系统硬件设计本文设计的混凝土配料控制系统硬件组成如图3-2所示，具体组成如下：(1)上位机采用研华 IPC，其机箱采用金钢结构具有抗冲击、抗震动、抗电磁干扰等作用，内置专用电源具有较强的抗干扰能力，采用底板+CPU 卡结构，具有很强的可扩展性。(2)PLC 选用西门子公司的 S7-200，它指令丰富，执行速度快，调试和故障诊断方便，具有灵活地终端及强大的通信功能，此外丰富的各种扩展模块能够满足不同用户的需求。同时提供了先进的编程特性，易于组态，便于安装，能方便地取代简便的继电器及复杂的中型自动化应用系统。与上位机之间采用 PPI 通讯协议，可以

41、方便有效地进行数据传输。(3)称重仪表采用科丰 XK3201,该仪表具有密封好、体积小、功率低、安装方便、操作简单等特点。在高温工作干扰大和高频率开关动作等恶劣环境条件下，并且具有很强的适应性。与上位机之间采用 MOUDBUS 主从方式网络通讯协议，通过称重传感器实时采集物料重量并经过处理后传输至上位机，具有称量精度高、可靠性好等特点。(4)系统硬件结构图如图3.1：无锡太湖学院学士学位论文16称重仪表称重仪表称重仪表工控机打印机系统起、停开关限位、行程开关搅拌缸起、停开关报警信号骨料放料门电磁阀 PLC水泥螺旋输送机电动机水、添加剂放料门电磁阀传送带电动机搅拌机电动机其余辅助搅拌设备图3.1

42、统硬件结构图称重仪表：通过称重传感器实时采集物料重量并经过处理后传输至工控机。系统起、停开关：用于混凝土配料及搅拌系统的初始上电工作与工作结束。限位、行程开关：控制骨料、水、添加剂料斗的启动和停止。工控机：对混凝土配料过程及机电设备、工艺设备进行检测和控制。电磁阀：控制骨料、水、添加剂料斗的放料与否。搅拌缸起、停开关：控制搅拌缸的启动和停止。电动机：运行传送带、搅拌机。3.3 系统软件设计系统软件设计3.3.1 上位机监控软件上位机监控软件监控软件主要有以下模块组成：通讯模块：上位机完成于称重仪表和 PLC 的通讯，实现数据交互。(1)配方管理模块：任意添加或修改配方。通过预存大量生产配方，使

43、得用户不需要输入操作只需要选中即可。(2)报警管理模块：对报警的情况进行分类并采用弹出框或警示灯闪烁提醒操作员及时处理。(3)数据管理模块：实现对数据的输入及查询、历史数据的存储以及报表的预览和打印。(4)动画显示模块：实现生产过程的动画效果，提高生产各环节的管理。(5)系统管理模块：管理用户名、密码、权限和用户帮助等。用户只有在登录界面输入正确的用户名和密码才能实现远程监控，同时会记录操控人员信息，做到责任到人。基于 PLC 的混凝土配料控制系统173.3.2 通讯功能的实现通讯功能的实现上位机与 PLC 之间采用 PPI 通讯协议，采用主从式的通讯方式，上位机发出读写指令，PLC 接收并作

44、出正确的响应（返回应答数据 E5H 或 F9H），上位机接到此响应则发出确认命令（10 02 5C 5E 16），PLC 再返回给上位机相应的数据13-14。数据的组成格式如表3.1所示：表3.1数据组成格式SDLELErSDDASAFCDSAPSSAPDUFCSED开始符数据长度开始符目的地址源地址功能码目的服务存取点原服务存取点数据单元校验码结束符其中，数据长度为自 DA 至 DU 的数据长度；开始符68H；写的功能码分别为6CH、7CH；结束符为16H。上位机与称重仪表之间采用 MODBUS 通信协议15-16,模式采用 RTU 方式，由8个字节组成，具体组成如表3.2所示。表3.2MO

45、DBUS 通信协议字节号12345678意义设备地址功能码寄存器地址数据区CRC 校验其中，设备地址：本系统设备地址为1到8。功能码：科丰仪表支持“03H”、“06H”、“10H”3种功能，本系统采用03H 只读功能。3.3.3 PLC 控制功能软件设计控制功能软件设计PLC 程序主要包括两部分：主任务和中断任务。主任务包括主程序 OBI 和子程序FB1、FB2等多个功能块，在主程序中不断地调用子程序完成控制任务。主程序决定整个程序从开始到结束的每个时刻的任务，子程序主要包括对各个电机、阀门的控制等。中断主要是处理故障检测点的应急情况，一旦发生故障立即中断配料过程并发出警报。整个过程中 PLC

46、 采集行程开关和控制按钮等提供的开关量信号以及接收来自工控机的控制命令，并对此进行处理后，输出对电磁阀、电动机等各个执行机构的控制信号。其控制流程图如图所示：无锡太湖学院学士学位论文18图3.3PLC 控制流程图系统初始化选择配方检测各个料斗的物料量物料加料4 个料斗开始加料水泥、添加剂、水分别开始加料集料仓有料称量结束料斗是否排空启动开关，延时打开料斗阀门称量结束集料仓（石料）卸料水泥、添加剂、水依次卸料搅拌机搅拌搅拌结束关闭料斗阀门，延时关闭传送带基于 PLC 的混凝土配料控制系统194 PLC软件设计软件设计4.1 端子线图端子线图图 4.1 混凝土配料系统端子线图4.2 顺序功能图顺序

47、功能图M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.1C1M0.4Q0.3C3M0.5Q0.4C4M0.7Q0.5C5M1.0M0.6M1.1M1.2M1.3M1.4M1.5M1.6Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1T37Q1.2C6M1.7Q1.3Q1.4T38(I0.2+I0.3)(SM0.1+M2.0)I0.4C1C2C3C4C5=1I0.6I0.7Q1.0T37I1.1M2.1/C6/M2.1M2.1C6T386Q0.1C1Q0.2C2262255S1min图 4.2 混凝土配料系统顺序功能图配料部分由石料 1、石料 2、石粉 1、石粉 2、沥青的储料仓和称料斗组成。5 种材料分别由各自的传感器

48、（脉冲信号）计量放料数量。配比为 6:2:6:2:2.控制过程如下：按下启动键后，同时开启石料 1、石粉 1 和沥青的料仓电磁阀。并同时对三种材料计基于 PLC 的混凝土配料控制系统20数；当石料 1 计满后关闭石料 1，开启石料 2；当石粉 1 计满后关闭石粉 1，开启石粉2；当 5 种材料都称量完毕，开启石料料斗放入石料至其限位传感器；接着开启石粉料斗放入石粉至其限位传感器；最后开启沥青料斗放入沥青至限位传感器；三个料斗都关闭后，同时开始搅拌 1 分钟，然后开启搅拌缸阀门漏料至其限位传感器，关闭阀门，重新开始上述配料过程。4.3 梯形图梯形图无锡太湖学院学士学位论文21图 4.3 三种控制

49、程序梯形图(1)手动控制：转换开关 SL 切换至手动控制，启动其余手动控制开关，手动控制配料系统。(2)单周期控制：转换开关 SL 切换至单周期控制，开启启动按钮 SB1，单周期控制配料系统。(3)连续控制：转换开关 SL 转换至连续控制，开启启动按钮 SB1，关闭停止按钮 SB2,连续控制配料系统。图 4.4 初始条件程序梯形图(4)初始条件：装换开关 SL 转换至连续控制或单周期控制，启动其余配料设备，配料系统开始工作。基于 PLC 的混凝土配料控制系统22图 4.5 石料放料、计数控制程序梯形图(5)放石料 1：按下启动按钮 SB1，开启石料料斗按钮 SB8，石料电磁阀 YV1 启动，石

50、料 1 储料仓放料。(6)计数石料 1：通过石料 1 脉冲计量传感器SB13 按照比例 6 计数。无锡太湖学院学士学位论文23(7)放石料 2：按下启动按钮 SB1，开启石料料斗按钮 SB8，石料电磁阀 YV2 启动，石粉 2 储料仓放料。(8)计数石料 2：通过石料 2 脉冲计量传感器SB14 按照比例 2 计数。(9)石料计量完毕：通过石料料斗限位传感器 SQ1 控制石料料斗电磁阀 YV6 的停止，关闭石料料斗的放料。基于 PLC 的混凝土配料控制系统24图 4.6 石粉放料、计数控制程序梯形图(10)放石粉 1：按下启动按钮 SB1，开启石粉料斗按钮 SB9，石粉电磁阀 YV3 启动，石

51、粉 1 储料仓放料。(11)计数石粉 1：通过石粉 1 脉冲计量传感器SB15 按照比例 6 计数。(12)放石粉 2：按下启动按钮 SB1，开启石粉料斗按钮 SB9，石粉电磁阀 YV4 启动，石粉 2 储料仓放料。(13)石粉 2 计数：通过石粉 2 脉冲计量传感器 SB16 按照比例 2 计数。(14)石粉计量完毕：通过石粉料斗限位传感器 SQ2 控制石粉料斗电磁阀 YV7 的停止，关闭石粉料斗的放料。无锡太湖学院学士学位论文25图 4.7 沥青放料、计数控制程序梯形图(15)放沥青：按下启动按钮 SB1，开启沥青料斗按钮 SB10，沥青电磁阀 YV5 启动，沥青储料仓放料。(16)沥青计

52、数：通过沥青脉冲计量传感器 SB17 控制沥青储料仓按照比例 2 放料。(17)沥青计量完毕：通过沥青料斗限位传感器 SQ3 控制沥青料斗电磁阀停止 YV8，关闭沥青料斗放料。基于 PLC 的混凝土配料控制系统26图 4.8 各料斗控制程序梯形图(18)开石料料斗：石料数量为达到要求比例，石料限位传感器 SQ1 控制石料料斗电磁阀 YV6 开启。(19)开石粉料斗：石粉数量为达到要求比例，石粉限位传感器 SQ2 控制石料料斗电磁阀 YV7 开启。(20)开沥青料斗：沥青数量为达到要求比例，沥青限位传感器 SQ3 控制石料料斗电磁阀 YV8 开启。图 4.9 搅拌阀门控制程序梯形图(21)搅拌：

53、三个料斗电磁阀 YV6、YV7、YV8 关闭，按下搅拌机按钮 SB11，搅拌缸电机 M 启动，同时搅拌 1 分钟。(22)开搅拌阀门：搅拌完毕，开关 SB12 关闭，搅拌缸电磁阀 YV9 打开。无锡太湖学院学士学位论文27(23)阀门限位控制放料：搅拌完毕，阀门开关 SB12 关闭，电磁阀 YV9 打开。(24)循环 5 次计数：搅拌机开关 SB12 打开，搅拌机电机启动，连续循环 5 次。4.10 声光报警程序梯形图(25)声光报警：连续工作时，搅拌机 M 停止工作，声报警、光报警启动，持续 5 秒。基于 PLC 的混凝土配料控制系统28图 4.11 各设备控制程序梯形图无锡太湖学院学士学位

54、论文295 5 程序调试程序调试5.1 模拟调试的准备工作模拟调试的准备工作在 Step 7 MicroWin V3.1 或 V3.2 中新建一个项目，输入程序，编译正确后在文件菜单中导出为 AWL 文件，在西门子 s7-200 仿真软件中，点“配置”-“CPU 型号”(或在已有的 CPU 图案上双击)，在弹出的对话框中选择 CPU 型号：226，点击“程序”-“载入程序”(或工具条中的第 2 个按钮)，会有个对话框，只选择“逻辑块（L） ”并选择 Step 7 MicroWin的版本“V3.1”或“V3.2”，点击“确定”， 将先前导出的 AWL 文件打开。5.2 仿真调试仿真调试5.2.1

55、 手动控制程序手动控制程序仿真仿真图 5.1 手动控制仿真基于 PLC 的混凝土配料控制系统305.2.2 连续控制程序仿真连续控制程序仿真图 5.2 连续控制程序仿真5.2.3 放石料放石料 1 程序仿真程序仿真图 5.3 放石料 1 程序仿真5.2.4 放石粉放石粉 1 程序仿真程序仿真图 5.4 放石粉 1 程序仿真5.2.5 放沥青程序仿真放沥青程序仿真图 5.5 放沥青程序仿真无锡太湖学院学士学位论文315.2.6 报警程序报警程序图 5.6 报警程序仿真5.3 小结小结本章通过仿真软件对手动控制程序和连续控制程序进行了仿真与调试，符合混凝土配料控制系统的设计要求。基于 PLC 的混

56、凝土配料控制系统326 结论与展望结论与展望6.1 结论结论该混凝土配料控制系统充分利用了 PLC 具有可靠性高、完善、产品标准化以及编程简单直观等优点，能够有效弥补继电器控制和单片机控制在可靠性方面的缺陷，与工控机配合易于实现操作与管理。同时自动配料控制系统配料均匀，运行稳定可靠。变速给料结合高精度电子称量，实现了高精度自动配料，达到全自动控制，大大提高了生产效率，降低了操作人员的劳动强度，节约了劳动成本，具有良好的经济效益。6.2 足之处及未来展望足之处及未来展望当然，由于时间仓促和本人的水平有限，尽管本文的研究取得了初步的成果，但依然存在不少需要深入研究的工作，主要体现在：(1)工程经验

57、，进一步细化出不同机械性能设备、不同物料对于配料控制精度算法的选择，优化参数已达到更好的配料控制精度。(2)产效率、以及混凝土搅拌站高度信息化管理也是混凝土配料控制系统的一个重要论题，更加合理的调度管理系统，融入到配料控制系统将是未来的研究方向。无锡太湖学院学士学位论文33致致 谢谢在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的导师潘老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意!在学校的学习生活即将结束，回顾四年来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢！在论文工作中，遇到了许许多多的这样那样的问题，有的是专业上的问题，有的是论文格式上的问题，一直得到

58、潘老师的亲切关怀和悉心指导，使我的论文可以又快又好的完成，潘老师以其渊博的知识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下深刻的印象，我将终生难忘的潘老师对我的亲切关怀和悉心指导，再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁的学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助！值此论文完成之际，谨向潘老师致以最崇高的谢意。在论文工作中，得到了多位同学的热心帮助，与他们的讨论与交流，使我深受启发，在此亦向他们表示感谢!基于 PLC 的混凝土配料控制系统34参考文献参考文献1 盛春芳. 混凝土机械行业现状及中长远发展目标J. 建设机械技术与管理,1995, 7(6): 90-93.2 John S

59、ong, D.G.Programmable controllers for factory automationM. N.Y.Marcel Dekker, 1987.3 高佳珍, 混凝土搅拌站(楼)综(三)J. 建设机械技术与管理, 2000, 5(3): 25-27.4 高佳珍. 混凝土搅拌站(楼)综述(四)J. 建设机械技术与管理, 2000, 6(4): 22-29.5 朱蕴璞, 孔德仁. 传感器原理及应用M. 国防工业出版社, 2005.6 曲波, 尚圣兵, 吕建平. 工业常用传感器选型指南M. 北京: 清华大学出版社. 2002.7 张德仁. PLC 的现状与展望J. 山西电子技术,

60、 1999, 5(3): 47-51.8 张建文, 徐琼, 冯林. PLC 控制系统工作方式的分析和研究M. 华东地质学院学报, 2003.9 董油海. PLC 在混凝土搅拌站计量系统的应用J. 自动化与仪表, 2000, 2 (4): 10-14.10 李丹, 许少云. 用于工业过程控制的一种新工具一组态软件J. 计算技术与自动化, 1995, 6(3): 41-45 .11 王立明. 基于 PLC 和工控机的混凝土搅拌站测控系统设计J. 西安建筑科技大学, 2006, 4(3): 27-29.12 廖常初. PLC 编程及应用M. 北京: 机械工业出版社, 2005.13 Sun Li-m

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