《PLC触摸屏和变频器混凝土搅拌设计》王鹏

1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习维修电工技师资格考评论文论文题目：基于PLG触摸屏和变频器地混凝土搅拌设计单位名称：南京技师学院作 者：王鹏2013年01月16日维修电工技师资格考评论文论文题目：基于PLG触摸屏和变频器地混凝土搅拌设计作者:王鹏职业技能鉴定等级：技师单位名称：南京技师学院单位地址：南京市栖霞区学海路2 9号指导老师：季海群2013年01月16日基于PLC触摸屏和变频地混凝土搅拌系统设计摘要：随着现代化城市建设地不断发展基础建设，房地产业日益红火 对建设项目地质量要求也越来越高而高质量地建材则是整个工程高质量地 保障那种传统地以工地自行生产混凝土地方式由于其质量

2、难以保富噪声及 粉尘污染大因而必将被自动控制地混凝土搅拌站取代自动控制地混凝土搅 拌站具有产品质量优良、生产效率咼、环保性能好等特点正在成为混凝土生 产地主流本控制系统稳定、可靠它可以按照设定地配方自动、连续地控制各部分 物料地计量、投料、搅拌和出料本文在阐述各种材料混合和工作原理地基础上针对混凝土地搅拌和生产使用PLC可编程控制器和触摸屏由触摸屏向 PLC写入配方、发出启动生产信号触摸屏读取PLC运行状态、并监控系统运 行状态，设计了混凝土地拌和生产线搅拌机上加入变频器控制搅拌电机提 高有效搅拌运行速度节约电能关键词：混凝土搅拌、可编程控制器、触摸屏、自动控制、变频器目录第一章绪论51.1选

3、题背景以及意义5.1.2我国混凝土搅拌站地需求61.3本论文地主要工作.7.混凝土搅拌站系统简介 7混凝土搅拌站控制系统设计 7程序地调试 7第二章混凝土搅拌站系统控制概述2.1混凝土搅拌站地组成82.2电控系统地构成9.第三章 搅拌站电控制设计方案93.1控制系统设计地基本原则及基本步骤9基本原则 9设计步骤 10103.2电气元件地选择3.2.1 PLC地工作原理及选择10322称重传感器地选择12323变频器地选择 13上位机地选择 133.3搅拌工艺流程14.3.4混凝土搅拌站PLC程序设计思想15.3.5 PLC程 序设计.16.3.5.1 PLC I/O 表 163.5.2 PLC

4、和变频器地接线图 173.5.3 PLC控制程序 17触摸屏控制画面 173.6变频器地简单设置17.3.7程序调试,18.3.8小结18结论与展望1819参考文献19附录119附录219第一章绪论1.1选题背景以及意义可编程控制器（PLC已成为产业生产从动化三大技术支柱机器人技术、cad/cAM巧和pc技术）之一其有运算速度快、指令丰富、功能强大、可靠 性高、使用便利、编程方便、抗干扰能力强等特点然而因为其自身不具备人 机交互功能，在工艺参数较多，需要人机交互时,应用触摸操作功能地触摸屏 是一种很好地选择通过触摸屏和PLC联合使用，能够在触摸屏中直接设定目 标值与理论值进行比拟并可实时监控到

5、系统中实际值地大小实现报警、诊 断等功能结合触摸屏系统、电子称量仪表和变频器配套使用使之性能增强 现在普遍运用于工业出产中随着我国经济建设地高速发展许多大型地基础工程及建筑工程相继开 工.建设优质地工程需要高品质地混凝土而且随着人们环保意识地加强为 了减少城市噪音和污染交通和建筑部门要求施工用地混凝土集中生产和管 理这样，不仅要求混凝土地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地重初可编程控制器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地 缺陷.由PLC控制变频器可根据负载情况控制电机地运行还可以有效地节约 电能地消耗1

6、.2我国混凝土搅拌站地需求在新地五年计划中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閉时也要进行大量地城市道路、城镇 住宅地开发与建设这都需要大量合格地混凝土新地混凝土搅拌站需满足：1、智能化智能化是所有机械设备地最终发展方向搅拌站也不例外2、环保化目前我国混凝土搅拌站地低环保性要从粉尘、噪声和污染三个方 面加以改进和提高3、高精度化高精度化主要指骨料、水泥、水和外加剂地计量精!目前精度 还有较大地提升空间计量地高精度化是我国搅拌站地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地高强混凝土来4、标准化符合国家地混凝土标准5、国产化国产化是其发展

7、地必然方向6、普及化西方发达国家地混凝土搅拌站机械化要比我们早20年以上，目前 其普及程度已相当高从城市到乡村都已经实现了混凝土机械化根据我国目 前现状来看商品混凝土地普及还需一个漫长地过程现在只有沿海几个发达 省份或者是较为发达地乡村开始普及商品混凝土如居民建房已经开始使用 商品混凝土想在不久地将来中国商品混凝土普及到广大农村已经不是梦想 1.3本论文地主要工作131混凝土搅拌站系统简介凝土搅拌站混凝土搅拌站主要由搅拌主机、物料称量系统、物料输送系 统、物料贮存系统和控制系统等5大系统和其他附属设施组成132混凝土搅拌站控制系统设计根据混凝土搅拌站地工艺流程画出程序流程图、进行PLC型号地选

8、择、I/O端口地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 生产过程地可靠控制程序地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地要求第二章混凝土搅拌站系统控制概述2.1混凝土搅拌站地组成混凝土搅拌站混凝土搅拌站主要由搅拌主机、物料称量系统、物料输送 系统、物料贮存系统和控制系统等5大系统和其他附属设施组成如图2-1.图2-11）搅拌主机即一般地混凝土搅拌机，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

9、各种配比地混凝土均能达到良好地搅拌效果2）物料称量系统称量配料设备是混凝土生产过程中地一项重要工艺设备它控制着各种 混合料地配比称量配料地精度对混凝土地强度有着很大地影响因此,精确、 高效地称量设备不仅能提高生产率而且是生产优质高强混凝土地可靠保证 一套完整地称量设备包括储料斗、给料设备闸门或给料机）和称量设备等3）物料输送系统物料输送由三个部分组成：一、目前搅拌站输送有料斗输送和皮带输送两种方式料斗提升地优点是 占地面积小、结构简单皮带输送地优点是输送距离大、效率高、故障率低 皮带输送主要适用于有骨料暂存仓地搅拌站从而提高搅拌站地生产率二、粉料输送：混凝土可用地粉料主要是水泥、粉煤灰和矿粉本

10、设计 采用地粉料输送方式是螺旋输送机输送优点是结构简单、成本低、使用可靠三、液体输送主要指水和液体外加剂它们是分别由水泵输送地4）物料贮存系统料斗设备由贮料斗、卸料设备闸门、给料机等和一些其它附属装置组 成料斗设备在生产中起着中间仓库地作用用来平衡生产2.2电控系统地构成控系统由PLC触摸屏、传感器、中间继电器和执行机构等构成1、PLC采用三菱FX2r系列产品它具有兼容性强和可靠性高地特点为 搅拌站地整个电控系统带来了高质高品地性能也有利于用户今后对搅拌站 地更新与扩展本设计地混凝土搅拌机由PLC乍为控制核心2、触摸屏触摸屏监控器适于在恶劣地工业环境中应用在触摸屏中直接 设定目标值与理论值进行

11、比拟并可实时监控到系统中实际值地大小实现报 警、诊断等功能3、传感器主要包括称重传感器和行程开关等4、执行机构包括骨料放料电磁法阀、水泵、添加剂螺旋运输机、送料电 机、搅拌电机等5、变频器是应用变频技术与微电子技术通过改变电机工作电源频率方 式来控制交流电动机地电力控制设备变频器还有很多地保护功能如过流、 过压、过载保护等第三章搅拌站电控制设计方案3.1控制系统设计地基本原则及基本步骤基本原则基本原则：任何一种电气控制系统都是为了实现生产设备或生产过程地 控制要求和工艺需要从而提高产品质量和生产效率因此，在设计PLC应用系统时，应遵循以下基本原则：1充分发挥PLC功能,最大限度地满足被控对象地

12、控制要求2. 在满足控制要求地前提下力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便3. 保证控制系统安全可靠4. 应考虑生产地发展和工艺地改进在选择PLC地型号、I /0点数和存储器 容量等内容时应留有适当地余量以利于系统地调整和扩充设计步骤1. 分析被控对象提出控制要求2. 确定输入、输出设备3. 确定PLC地 I/O点数,选择PLC机型.4. 分配I/O点数，绘制PLC空制系统输入、输出端子接线图5. 程序设计绘制工作循环图或状态转移图1）初始化程序；2）控制程序；3）检测、故障诊断和显示等程序;4）保护和互锁程序6. 程序调试.先进行模拟调试再进行现场联机调试;先进行局部、分段调试， 再进行整

13、体、系统调试7. 调试过程结束整理技术资料投入使用3.2电气元件地选择3.2.1 PLC地工作原理及选择1PLC采用循环扫描地工作方式其扫描过程如图3-2所示这个过程一般 包括五个阶段：内部处理、通信操作、输入扫描处理、执行用户程序、输出 处理当PLC方式开关置于运行SUN时,执行所有阶段；当PLC方式开关置 于（STOP不执行后三个阶段此时可进行通讯操作对PLC编程等.1内部处理 CPU佥查主机硬件和所有地输入输出模块等在运行模式 下，还要检查用户程序存储器发现异常，则停止并显示错误如自珍正常，则 继续向下扫描2通信操作 在扫描周期地通信操作阶段CPU自检并处理各通信端口接 收到地所有信息完

14、成数据通信任务即检查是否有计算机、编程器地通讯要 求，若有则进行相应地处理3输入扫描处理输入扫描又称输入采样在此阶段顺序读入所有输入 点地通断状态，并将读入地信息存入输入映像寄存器,输入寄存器将被刷新 程序执行时，输入映像寄存器与外界隔离即使外界信号变化，其内容也保持 不变.4执行用户程序 用户程序在PLC中是顺序存放地在此阶段,CPU根据 PLC用户程序从第一条指令开始顺序读取指令并执行知道执行完最后一条指 令结束执行指令时，从输入映像寄存器读取各输入端地状态执行指令对各 数据经行算术运算或逻辑运算然后将运算结果送输出映像寄存器输出映像 寄存器地内容会随着程序地运行而改变5输出处理执行程序完

15、毕将输出映像寄存器地状态存到输出寄存器 集中对输出点经行刷新通过输出隔离电路驱动功率放大器,使输出点向外 界输出控制信号驱动外部负载本设计根据I/O点数,运行环境程序大小开关量地输入输出综合考虑选 择三菱FX2N系列PLC选用FX2N-48M型号.具有以下特点：系统配置既稳定 又灵活，编程简单，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322称重传感器地选择2混凝土搅拌站控制系统主要采集地是各种物料地重量信号故本系统选 用地是压力传感器压力传感器是称重系统中地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地电信号输出给称重仪表显示重 量值，控制或报警等使用 影响

16、称重传感器选型地因素： 称重传感器选型应考虑过负荷因素 可靠性 传感器地防护等级 搅拌站地规模和工作类型 称重传感器地准确度称重传感器地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地选型既要考虑混凝土搅拌楼站称重系 统地基本要求又要兼顾称重传感器地运行环境还要削弱那些对称重传感器 有重要影响地因素合理地选择使用传感器根据不同类型和规模地搅拌设备 选用相应地传感器混凝土搅拌站要求地传感器额定载荷从kg4000k不等，骨料传感器地 称量范围最大一般为50kg4500kg外加剂传感器地额定载荷最小一般不 超过50

17、kg.综合分析了传感器地量程和范围、线性度、灵敏度和分辨率并 且根据搅拌站中称重传感器地运行环境选用地是HL-F(1)型方悬臂梁高精度压力传感器如图3-2-2.图3-2-2压力传感器F型F型传感器,最大工作电压15V (DC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、防水性能好地特点特别适合于恶劣环境如建筑、水利、化工、电力、 港口等行业地工程机械如搅拌站、打桩机、配料秤、料斗秤等 变频器地选择可根据混凝土搅拌机地电机负载较大，选择FR-A700型号地变频 器FR-A700产品适用于各类对负载要求较高地设备如起重、电梯、印包、

18、印染、材料卷取及其它通用场合三菱FR-A70系列变频器具有高水准地驱动 性能.它具有独特地无传感器矢量控制模式在不需要采用编码器地情况下可 以使用各式各样地机械设备在超低速区域高精度地运转并且带转矩模式控 制，并且在速度控制模式下可以使用转矩限制功能上位机地选择采用DC投资太大，设备浪费比较严重所以通常采用PL(控制系统但由 于搅拌设备比较庞大PLC无法显示生产设备地运行情况操作人员经常要到 现场去观察生产设备地运行是否正常操作起来很不方便工作效率很低，而 且不能及时观测生产设备地运行情况鉴于这种情况提出基于MCG地搅拌 设备监控系统设计地构想MCG监视与控制通用系统是北京昆仑通态自动化软件科

19、技有限公司研 发地一套基于Windows平台地用于快速构造和生成上位机监控系统地组态 软件系统主要完成现场数据地采集与监测、前端数据地处理与控制可运行 于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强地突出特点通过与其他 相关地硬件设备结合可以快速、方便地开发各种用于现场采集、数据处理和 控制地设备用户只需要通过简单地模块化组态就可构造自己地应用系絢口 可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块无纸记录仪、无人值守地现场采 集站、人机界面等专用设备简单灵活地可视化操作界面MCGSft入版采用全中文、可视化、面向窗 口

20、地开发界面，符合中国人地使用习惯和要求以窗口为单位,构造用户运行 系统地图形界面使得MCG嵌入版地组态工作既简单直观又灵活多变 3.3搅拌工艺流程搅拌站开始进行混凝土生产时首先将骨料已经分别装入各自料仓打开 石料和砂料地给料阀门分别将骨料投入到秤斗进行称量秤斗中地骨料不断 增加直到电子秤指示到所要求地重量才控制下料阀门停止放料然后启动斜 皮带将骨料卸入搅拌料斗在骨料配料地同时皮带轮也开始运行搅拌机低 速运行,同时在利用定时器进行水泥、所需水及外加剂地计做混凝土所需 地各种材料计量完毕后搅拌机进行高速搅拌在搅拌机运行了规定地时间后 打开搅拌机地门进行卸料完成混凝土生产地一个循环在石料、砂料地称重

21、计量时系统用分别控制两个门快达到关门预定值 （配方值-落差）后关闭卸料门，称量斗在下料地是时候启动振动器将粘附在 料斗壁上地材料震掉加强称量精度水泥、添加剂和水等则由计量螺旋运输 机和水泵从各自料仓直接送入搅拌机由于整台设备生产地连续性较强控制系统中，每一个动作地前后时序性 都有严格地要求且到达某个状态时必须保证与这一状态有关地动作全部完 成，才可以进入下一个状态因此必须通过设备上安装地限位开关和传感器对 各执行机构地状态进行监控3.4混凝土搅拌站PLC程序设计思想PLC要完成整个混凝土搅拌地过程控制PLC就需要采集秤地重量信号及 其它传感器和行程开关提供地开关量信号并对此进行处理后输出对电磁

22、阀、 电动机等各执行机构地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地信号分别经称重变送器进 入PLC由于变送器输出地是并行BC码,所以需经过程序转换成二进制码存 储在PLC地数据寄存器中然后经过PLC程序处理本文使用计时器代替称重量.2）秤斗称量时快速达到关门值（配方僵落差）后关闭出料门停止给料3）由于秤斗上粘附地原料会使称重产生偏差在秤量斗上加装振动器使 其完全下料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地原料浪 费，己经配好地原料地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地数据寄存器中选择断电保持寄存器D200D51只 要不改

23、写其中地数据原有地数据就会保持不变电源接通或断开PLC运行 与否都不会改变其中地数据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 设计故障报警程序报警使用蜂鸣器6）物料搅拌完成给予一个警铃告诉控制人员和外面拉物料地车物料 已完成准备放料了阀门未打开报警和完成铃声提示流程如3-4-1 :提示和报警流程图3-4-1混凝土搅拌整体流程如图3-4-2 :搅拌整体流程图3-4-23.5 PLC程序设计3.5.1 PLC I/O 表 如图 3-5-1:I/O表X0SB1启动Y0KA1传送带X1:SB2手动Y1KA2石料仓门 X2r SB3自动Y2KA3砂料仓门X3SB4急停Y3KA4石

24、砂秤仓门X4SB5消铃按钮Y4KA5水泥螺旋运输机X5KH热保护Y5KA6添加剂螺旋运输机:X6SQ1称重料斗放料检测Y6KA7水泵X7SQ2搅拌机上限Y7KA8搅拌机放料X10SQ3搅拌机下限Y10KA9振动器X11SQ4搅拌机放料检测Y11KA10故障报警X12SQ5搅拌放料Y12KA11完成铃声Y13KA12变频器Y20STF搅拌机正转 :Y21STR搅拌机反转Y22RH高速Y23RM中速Y24RL低速Y25Y26PLC I/O表图 3-5-1352 PLC和变频器地接线图3-5-2.PLC 接线图3-5-2353 PLC空制程序按照控制要求编写PLC程序,见附录1.354触摸屏控制画面

25、触摸屏画面按照实际生产流程布置有利于操作人员更好地掌握生产过程.如图3-5-4.触摸屏布局图3-5-4触摸屏控制主程序流程画面自动控制量由触摸屏输入3.6变频器地简单设置如图3-6:名称表示设定范围最小设定单位设定值上限频率Pr10 120Hz0.1Hz120Hz下限频率Pr20 120Hz0.1Hz50Hz3速设定（高速）Pr40 120Hz0.1Hz80Hz3速设定（中速）Pr50 120Hz0.1Hz70Hz3速设定（低速）Pr60 120Hz0.1Hz60Hz加速时间Pr70999s0.1s5S减速时间Pr80999s0.1s5S操作模式选择Pr790 4,7,812变频器简单设置图3

26、-63.7程序调试按照程序调试步骤先进行了模拟调试再和预先接好地模拟控制板进行 现场联机调试；先进行了手动、自动分段调试再进行整体地系统地调试3.8小结本章按照电路设计流程进行了主要元器件地选择并按照混凝土搅拌地 控制流程设计了 PLCfe控程序和MCG控制画面结论与展望本文从混凝土搅拌站地产生、发展、结构及工艺流程和软件设计过程介 绍分析开始进行了搅拌设备地整体研究设计第二章接着分析了混凝土搅拌 站测控系统地具体计量机构、控制方式对混凝土搅拌站地组成、电控系统地 构成以及传感器和变频器地选型作了简要地论述第三章对现场控制站PLC 地原理、特点、应用领域进行了介绍并针对搅拌站地电气输入输出地点

27、对 PLC进行选型结合搅拌站地控制流程利用三菱GX软件进行编程进行PLC 程序地设计、并以MCG平台，进行工控机监控地设计由于作者地水平有限设计地控制系统跟实际使用还有很大地差距需要 进一步深入研究与设计1. 报警系统需要进一步设计具体到每一个检测点2. 混凝土搅拌站生产过程中配料更加准确3. 控制画面布局需要优化采用FX2N- PL（和配料控制器控制混凝土搅拌站地整个配料过程简化了 线路，提高了工作地可靠性降低了系统地故障率加入变频器增加了搅拌有效率，节约了电能M CGS地优秀地触摸控制画面简化了生产操作使其控制效 率更高满足了我国经济建设地高速发展地需要致谢论文地写作过程中遇到了很多地困难

28、和障碍都在季海群老师地帮助下 度过了 他对我无私地指导和帮助不厌其烦地帮助进行论文地修改和改进 感谢南京技师学院电气工程系提供地实验器材论文地完成过程是以后我以 后人生生活地重大财富在此特向恩师表示由衷地感谢和崇高地敬意参考文献1 常文平电气控制与PLC原理及应用中国劳动社会保障出版社2007.2 严全生动检测与传感器应用，北京：中国劳动社会保障出版社20063 王仁祥、王小曼通用变频器选型、应用与维护人民邮电出版社2005 年9月附录1附录2版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng's pers onal own ership.用户可将本文的内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律 的规定，不得侵犯本网站及相关权利人的合法权利。除此以外，将本 文任何内