基于PLC300水泥厂搅拌站自动控制系统设计说明

1、. . . . 西南科技大学本11届毕业生毕业论文题目:水泥厂搅拌站自动控制系统设计院系名称：电子电气工程系专业班级： 09电气7班 学生：学号：指导教师：教师职称：2012 年 9 月 5 日45 / 52摘要 本论文以水泥厂搅拌站控制系统为背景。首先，论文给出了我国混凝土的发展与市场分析，讨论了混凝土搅拌站控制系统目前的发展状况，简述了PLC的先进性和设计目标。接着分析了搅拌站的工艺要求、混凝土搅拌站的工作原理当、自动控制的系统构成、搅拌站的工艺流程。其次，论文根据搅拌站PLC的设计思想对系统主程序进行了设计、报警电路设计、断电保护设计。然后，根据混凝土搅拌站控制要求，选定PLC的硬件与软

2、件。又对搅拌站的硬件进行设计，对硬件组态进行分析。最后论文对程序流程和程序设计。通过模拟调试表明控制系统的设计是正确有效的，实时监控混凝土搅拌站的工作过程，基本完成设计要求。论文的软件介绍和程序设计各部分，一步一步介绍了PLC的各模块包括S7-300 的基本组成，PLC的工作原理，STEP7软件，PLC的I/O分配、工作流程图与PLC程序的编写。接着详细介绍了S7-PLCSIM软件的使用方法，最终完成调试要求。关键词：搅拌站；PLC；自动控制AbstractIn this thesis, cement mixing station control system as the backgroun

3、d. First of all, the paper presents the development of concrete in our country and market analysis, discussed the concrete mixing station control system present situation, introduced the PLC advanced and design goals. Then it analyzes the technological requirements of mixing station, concrete mixing

4、 station automatic control principle when, the system composition, mixing plant process. Secondly, according to the mixing station PLC design thought on the system main program design, design of alarm circuit, power-off protection design. Then, according to the concrete mixing station control requir

5、ements, selected PLC hardware and software. On the mixing station hardware design, hardware configuration analysis. The research on the program flow chart and program design. Through the simulation experiments show that the control system design is correct and effective, real-time monitoring of the

6、working process of concrete mixing station, completed the design requirements.The introduction of software and program design of each part, step-by-step introduction to the various modules of the PLC including S7-300 basic composition, the working principle of PLC, STEP7 software, PLC I/O distributi

7、on, flow chart and PLC procedures for the preparation of. Then the paper discusses the usage of S7-PLCSIM software, finally completed commissioning requirements.Key words:mixing station; PLC; automatic control目 录摘要IAbstractII第一章绪论11.1我国混凝土的发展11.1.1我国混凝土搅拌站技术特点21.1.2国产搅拌站发展方向21.2采用PLC控制的先进性和设计的目标3第2章

8、混凝土搅拌站系统概述42.1 混凝土搅拌站简介42.1.1 混凝土搅拌站的组成42.1.2 混凝土搅拌站的工作原理52.2 混凝土搅拌站自动控制系统的构成52.3 电控系统构成与控制要求6第3章混凝土搅拌站的控制系统设计方案83.1 混凝土搅拌站PLC程序设计思想83.2 系统初始化与主程序设计83.2.1报警电路的设计103.2.2断电保护程序设计11第四章 PLC的硬件、软件选择124.1 PLC的选用124.1.1 CPU的选择124.1.2存储器容量选择144.2数字量模块选择144.3称重传感器的选择164.4组态软件选择17第五章搅拌站控制系统的硬件设计195.1 S7-300PL

9、C的基本组成195.1.1 PLC控制系统硬件设计的步骤195.2 PLC外部接线图195.2.1 I/O分配表和模拟量输入地址215.2.2控制面板简图225.3硬件组态22第六章 PLC程序设计246.1 PLC程序设计的一般步骤246.2程序梯形图26第七章 PLC的安装、调试、运行297.1 PLC的安装与注意事项297.2仿真调试297.2.1系统初始化与主程序调试297.2.2报警程序调试297.2.3维护程序调试307.3系统的仿真运行307.3.1 S7-PLCSIM仿真软件介绍307.3.2 S7-PLCSIM软件的实现方法与模拟程序运行31结束语348.1结论348.2不足

10、之处与未来展望34致35参考文献36附录37附录1 主程序梯形图37分享到翻译结果重试抱歉，系统响应超时，请稍后再试支持中英、中日在线互译支持网页翻译，在输入框输入网页地址即可提供一键清空、复制功能、支持双语对照查看，使您体验更加流畅1 绪论1.1我国混凝土的发展从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的产业己有100多年的历史。随后，美国于1913年，法国于1933年建立了自己的搅拌站。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，医治战争的创伤，混凝土搅拌站得到了快速发展。目前，德国、美国、意大利、日本等国家的搅拌站在技术水平和可靠性方面处于领

11、先地位。国外生产的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。我国混凝土搅拌站的研制是从50年代开始的，在其发展过程中，型式的选取和主要技术参数基本上是根据用户要求和参考国外产品的自由状态。国标GB10171-88混凝土搅拌站分类和GB 10172-88混凝土搅拌站技术条件的颁布实施，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。产品技术标准和预拌混凝土标准的要求中，对于混凝土搅拌站的技术指标己达到发达国家水平。当今国生产的混凝土搅拌站质量迅速提高，逐步取代了进口搅拌站，在国已经占主导地位，其控制系统

12、也得到快速发展。经过科研院所和生产企业的共同开发，适时引进国外先进的混凝土泵和混凝土搅拌输送车技术，使我国在商品混凝土机械的设计、制造能力和水平都有了很大提高，一些产品已有批量生产，其技术水平与当今世界水平同步，减少了进口，节约了外汇，取得了较好的经济效益和社会效益。经过几十年努力，我国国产混凝土搅拌楼随着我国水电建设事业发展实现了从无到有、从引进仿制到自主创新的转变，从设计、制造、安装到调试运行已经形成一套完整的质量管理体系。产品主要技术性能和总体水平均达到国际同类产品先进水平。产品成功应用于三峡、洲坝、丹江口、万家寨、龙口、龙滩、天生桥、五强溪等大中型水利水电工程混凝土施。国大型混凝土搅拌

13、站生产厂商包括:三一重工、志美、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，对行业的发展起到了举足轻重的作用：一是八十年代初期混凝土搅拌机的升级换代，由双锥反转型、立轴和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的技术性能己达到国外同类机型的先进水平，从质量到数量上基本满足了国需求;二是八十年代末到九十年代初“发展一站三车(即混凝土搅拌站、混凝土搅拌输送车、臂架式混凝土泵车和散装水泥车)，把我国商品混凝土机械搞上去”的战略，推动了混凝土机械行业的第二次产品结构调整，反映了混凝土机械行业稳定、持续、全面发展的深层次要求。1.1.1我国混凝土搅拌站技术

14、特点20世纪80年代，我国借鉴意大利，阿尔卑惹拉混凝土重力坝建设经验成功开发出碾压混凝土筑坝工艺，并广泛应用于水利水电工程建设。目前，我国国产混凝土搅拌搂已形成四大系列产品。几十种产品规格，技术呈以下几方面特：（1）搅拌主机形式多样近年，我国消化吸收国外先进设计制造经验研制开发出强制式搅拌主机，机型有500L、1000L、1500L、2000L、3000L五种规格这种搅拌楼生产率高、搅拌时间短。适合生产水电工程用二级配、三级配混凝土还广泛用于城市商品混凝土生产。（2）产品功能齐全 1）国产混凝土搅拌楼增加了骨料预冷、加冰和预热功能，使大坝施工不受季节、地域的影响，缩短了施工工期。2）搅拌楼结构

15、形式由大接点板连接更新为铰接与模块化设计，使大楼、超大楼生产工期缩短20天，安装工期缩短一个月。3）具备超大型，高精度配料、卸料技术，大大提高了配料精度和配料、卸料速度。（4）操控系统便捷模块化、多功能、综合性、高度自动化的搅拌楼计算机控制系统目前已经发展到了第七代。控制系统采用计算机全自动控制、双机双控三屏显示技术，具备同步动态模拟仿真控制界面，同步模拟显示料仓料位的变化、称斗进料、卸料动态显示、搅拌机物料的动态搅拌过程，砂含水自动检测功能、温度巡测功能、坍落度检测功能，采用XP多任务网络操作平台、对外提供车辆自动识别和调度管理、搅拌系统网络化调度管理(实现无纸办公)，实现系统故障远程诊断自

16、动恢复功能。（5）应用环保新技术1）楼外水泥仓顶装有旋风袋式组合除尘器，经旋风和袋式过滤二级沉降，大面积过滤，仓压力小于0。4 kg/m ，粉尘排放小于150 mgCm 。2）在楼进料层、配料层、搅拌层各装有大风量排尘轴流风机进行通风、换气。通过以上除尘措施，达到楼环境含尘量小于6 mgCm 的环保要求，改善了搅拌楼的工作环境，楼外气力输送排放小于150 mgCm ，达到第十三类灰尘与生产性粉尘品排放的标准。3）楼采取了必要的消声措施噪声控制小于85分贝。达到国标GB一12349工业区类标准。1.1.2国产搅拌站发展方向目前，国产搅拌站已形成系列，设备生产能力从25 m 420 m 。但在应用

17、中仍存在一些有待解决的问题：（1）搅拌站里采用的料位指示装置 如超声波连续式料位计用于骨料料位的测量，雷达连续式料位计用于粉料料位的测量，这两种料位计均存在刚开始使用效果不错，时间长了不可靠的缺点，导致水泥罐料位测量不准确，出现冒仓现象，或已到浅仓而检测不到，影响生产，而且价位较高，在性价比和质量方面均有待提高。（2）搅拌站里采用的砂含水测量装置也不可靠、不耐用。探头一旦被砂子覆盖时间长检测数据就不够准确。（3）目前国产大型、超大型搅拌站选用的搅拌主机6rn3、7 rn3强制式机，4.5m3自落式机均采用进口，价位高且维护费用也高，国企业正在研制。1.2采用PLC控制的先进性和设计的目标混凝土

18、搅拌站最初是以单机的形式出现，各工地自拌自用，随着基础设施建设大规模的开展，商品混凝土的销售逐渐增大。随着计算机技术和测控技术的发展，高可靠、高自动化的自动控制系统便成了混凝土搅拌站的发展方向。在混凝土搅拌站自动控制系统中，系统的稳定性、数据采集处理的精确性直接影响到混凝土的质量。而在市场竞争日趋激烈的今天，搅拌站自动控制系统的性价比也与企业的生存紧密的联系在一起。因此，研究一种低成本、高可靠性的新型搅拌站自动控制系统，具有极为广阔的市场前景。混凝土搅拌站包括贮料、配料、物料称量、搅拌与卸料等过程，是一个受多环节制约的复杂系统，物料的配比和称重精度等因素都直接影响混凝土的质量。由于PLC运算速

19、度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活与抗干扰能力强等特点。PLC已成为工业控制领域的主要控制设备，始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了安全可靠和比较完善的控制应用。本系统拟采用PLC进行控制，并达到以下设计目标：（1）混凝土搅拌站控制系统能自动配料、连续搅拌、手动卸料装车等全部控制，为了方便维护，控制系统还有手动控制切换功能；（2）搅拌站控制系统具有显示各物料的流量和累计量、故障报警信息和参数修改等功能；（3）混凝土搅拌站控制系统动态工艺流程显示，各设备的运行状态；（4）还具有控制简单，功能适用，配料精度高，无故障时间长等特点； （5）采用工业

20、计算机PLC控制达到目标：减少人力，提高生产能力，2台120并联站可以把混凝土年产量提高到60万立方米，3台可以提高到80万立方米。2混凝土搅拌站系统概述2.1 混凝土搅拌站简介2.1.1混凝土搅拌站的组成一个全套的搅拌装置是由许多台主机和一些辅助设备组成，它最基本的组成部分有以下五个:运输设备、料斗设备、称量设备、搅拌设备和辅助设备，如图2-1所示：沙料输送机石料输送机沙料称重石料称重沙料箱石料箱放料闸门搅拌机水泵输送机水泥输送机外加剂输送机搅拌机卸料下限位搅拌机装料上限位图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、水泥输送设备以与水泵等。骨料运输设备有皮带机、拉铲、

21、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(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。根据制作贮料斗所用的材料不同，贮料斗分为钢贮斗、钢筋混凝土贮斗、木贮斗等;从外形上分，常用的有方形和圆形。圆形贮斗又叫筒仓。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，其构造简单，卸料能力大，但是只有当物

22、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，给料机都是电动的。闸门的类型很多，但在混凝土搅拌装置中最常用的是扇形闸门，它由压缩空气缸来操纵，骨料(石子和砂)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，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(闸门或给料机)和称量设备等。对称量设备的要求，首先是准确，其次是快速。称量的不精确将对混凝土的强度产生很大的影响，同时又要满足

23、一定的生产率。称量设备从构造上可分为杠杆秤和电子秤等，其中，杠杆秤已经被淘汰。为了适应各种不同的物料，秤斗在构造上略有不同。水泥秤斗是圆形的，骨料秤斗是长方形的，而水等液体的秤斗是圆形的，斗门设有橡皮垫，以保证密封。传感器的装设，电子秤的秤斗采用三点悬挂，在每套悬挂装置的中部各装有一个传感器。（4）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、塑性与各种配比的混凝土，均能达到良好的搅拌效果。2.1.2混凝土搅拌站的工作原理混凝土搅

24、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、水与外加剂给料、传输搅拌与存储。搅拌机控制系统上电后,进入人- 机对话的操作界面,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、水泥罐的蝶阀,启动螺旋机电机输送粉煤灰、水泥到计量斗；开启水仓和外加剂池的控制阀使水和外加剂流入计量斗。计量满足设定要求后开启计量斗斗门,配料进入已启动的搅拌机搅拌混合,到设定的时间打开搅拌机门,混凝土进入己接料的搅拌车。2.2 混凝土搅拌站自动控

25、制系统的构成控制系统是搅拌站的核心，主要完成按照预定的混凝土配比控制搅拌站的全部工作过程。早期由于混凝土搅拌站的称量系统一般采用杠杆秤，所以控制系统采用继电器加接触器的控制方式；后来由于称量系统采用了高精度电位器，出现了穿孔卡形式的控制系统；随着传感器技术与电子技术的发展，目前搅拌站的控制系统一般为计算机控制，主要有以下优点：能实现生产过程的自动化，提高生产率：能贮存大量配合比供用户选用，调用、修改配合比都十分方便；能进行落差自动跟踪修正，欠秤补料，超秤扣料，可显著提高称量精度；能实现骨料含水率检测和配比值的自动修正，即自动减水加砂，保证混凝土稠度值的一致性；能直观的模拟显示混凝土搅拌站的整个

26、工艺流程状态，实现实时监控；能自动记录存储各类数据和制表打印；实现最优化控制；可实现先进的科学管理功能。2.3 电控系统构成与控制要求电控系统由PLC、智能元件、传感器、中间继电器和执行机构等构成，如图2-2所示：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2-2 电控系统构成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质高品的性能，也有利于用户今后对搅拌站的更新与扩展。搅拌站进行混凝土生产时，首先将骨料分别装入各自料仓，然后打开石料和砂料的给料阀门分别将骨料投入到秤斗进行称量，秤斗中的骨料不断增加直

27、到电子秤指示到所要求的重量才控制下料阀门停止投料，然后启动平皮带和斜皮带将骨料卸入集料斗。在骨料配料的同时,搅拌机也开始搅拌,因为同时在利用定时器进行水泥、所需水与外加剂的计量。在混凝土所需的各种材料计量完毕后，控制集料斗和各秤斗开门，以把各种材料装入搅拌机进行搅拌。在搅拌机运行了规定的时间后，打开搅拌机的门进行卸料(搅拌站的门先半开，再全开)，完成混凝土生产的一个循环。在石料、砂料的称重计量时，系统用分别控制两个门进行快速粗略和慢速精确的计量，以减少称量时间和称量精度。同理，对水的计量亦采用水粗称阀和水精称阀进行控制，而水泥、粉煤灰和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

28、。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。3 混凝土搅拌站的控制系统设计方案3.1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的现场控制功能，PLC需要采集各秤的重量信号与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）骨料斗秤、水泥斗秤、粉煤灰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

29、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。把重量数据送入上位工控机，经训练补偿模块处理后，再送回PLC，更新其数据寄存器。（2)由操作人员设定混凝土配料方案，包括了各种原料的给料量、提前量和允许误差：当原料重量+提前量给料量>允许误差时，秤斗加料；加料停止后，PLC计算原料重量与给料量之间的实际误差；为了提高计量精度，仅当原料重量大于允许误差时，秤斗卸料。（3)各秤斗称量时，当重量达到设定值的90以前快速给料，达到90以后慢速给料，达到设定值时停止给料。骨料：计量开始时，同时打开两个给料门，当重量到达设定值的90时，关闭大开度给料门，仅由小门进行加料，

30、直到重量到达设定值：水：与骨料类似，区别在于水由粗称泵和精称阀供给：粉料和防冻剂：计量开始时，螺旋输送机以最高速运转，当计量达到设定值的90时，开始精称，即控制螺旋输送机的转速下降，直到重量达到设定值；外加剂：与粉料和防冻剂类似，区别是液体外加剂用泵供给。（4)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。（5)由于加料停止后，从料仓给料口到秤斗之间还滞留一部分原料要落入秤斗中，为了使配料精度达到要求，在程序中需考虑这一重量，当原料重量达到停止加料条件时，由滞留在空中的原料补

31、充提前量差值，即成为提前量一部分，从而达到精度要求。（6)由于搅拌站运行过程中,环境状况艰苦所以送料机与搅拌机等工作一定次数后需要进行维护,以保证工作的顺利与可靠。（7）增加备用电源，满足12个循环的备用电量，以防止突然断电的物料浪费与满足短暂的少量物料供应。3.2系统初始化与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、所有阀均己关闭;集料斗和秤斗均为空；本批搅拌结束且P

32、LC无输出动作等，系统初始化程序与主程序流程图见图3-1所示：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和沙料箱放料闸门关？闸门打

33、开，传送带启动5YNYNYN2翻斗机停止，开始计时2分钟2分钟时间到？搅拌机上升下翻到下限位？上升到上限位？3一次循环结束指示灯亮，10秒后自动灭34图3-1 PLC控制系统主程序流程图3.2.1报警电路的设计由于条件有限，报警电路的设计较为简单，利用I2.1I2.7作为各电动机故障信号。程序运行流程图如图3-2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3-2 报警程序运行流程图3.2.2断电保护程序设计由于整个设备的工作流程是连续循环进行的，因此断电之后再起动必须仍然恢复断电前的状态。程序设计选择具有断电保护的部辅助保持

34、继电器和数据，将气缸、电磁阀或电机的运行状态和参数进行保存，实现断电保护，如图3-3所示：Y系统初始化原始配方与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3-3 断电保护程序流程图4 PLC的硬件、软件选择4.1 PLC的选用进行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，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点以上时就必须选用大型PLC。（2)I/O类型问题I/O类型也是决定PL

35、C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，多数小型机提供较简单的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倍的扫描周期。（5)可靠性问题应从系统的可靠性角度，决定PLC的类型和

36、组网形式，比如对可靠性要求极高的系统，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。4.1.1 CPU的选择（1）I/O点数的确定经过对各输入输出的大略计算，本设计中需要数字量输入62点，数字量输出59点，模拟量输入通道6路，其

37、具体分配见表4-1，4-2，4-3。本系统需要配置的I/O点如下:表4-1模拟量输入通道统计表模拟量输入通道数石料重量（石料重量传感器输入）3沙料重量（沙料重量传感器输入）3总计6表4-2数字量输入点数统计表数字量输入点数控制方式选择2总启动按钮1总停止按钮1报警电路试灯、试玲1急停按钮1消铃按钮4搅拌机启动2搅拌机下限位传感器3搅拌机上限位传感器3石料箱闸门状态传感器12沙料箱闸门状态传感器12消铃按钮12搅拌机故障急停开关2石料输送机故障急停开关6沙料输送机故障急停开关6总计62表4-3数字量输出点数统计表数字量输出点数传送带9翻斗机2闸门线圈4警铃2电机启动、停止6状态指示灯6故障显示灯

38、30总计59根据对上述控制任务的分析，考虑到前面的设计中I/O点数可能有疏漏，并考虑到I/O端的分组情况以与隔离与接地要求，应在统计后得出的I/O总点数基础上，增加10到15的裕量。考虑裕量后的I/O总点数即为I/O点数估计值。选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估计值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，一般应留有30的裕量。4.1.2存储器容量选择PLC的I/O点数估算值大小，在很大程度上反映了PLC系统的功能要求，因此可以在I/O点数估算值的基础上计算对PLC存储器容量的需求。目前，大多用统计经验公式进行存储器容量估算。这种方法是以PLC处理每个信息量所需存储器数的统计平均

39、经验值为依据，乘以信息量数再考虑一定的裕量计算得到存储器需要容量。作为一般应用下的一种经验公式是：存储器容量其中：DI为数字量输入总点数； DO为数字量输出总点数；AI/O为模拟量I/O通道总数。DI点数估计值为62×1.15=72，DO点数估计值为59×1.15=68，AI通道估计值为6×1.15=7个。所以存储器容量为:1.2×(72×10+68×5+7×100)/1024=1.72KB工程实践中，大多采用粗略估算，加大裕量，实际选型时参考此值采用就高不就低的原则。通过上面的计算，考虑系统通讯和冗余的要求，选用SIMAT

40、IC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合适的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一带现场总线(PROFIBUS) SINEC L2-DP接口的CPU模块。置80KB RAM，随机存储器为48KB，最大数字量I/O点数为1024个，最大模拟量I/O通道数为128个。最大配置4个机架，32块模块。满足设计需要。4.2数字量模块选择1.数字量输入模块的选择数字量输入模块SM321：数字量输入模块用于将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。直流输入模块各输入点所对应的电路都一样，它们有一个公共的端子

41、，即有一个公共汇入集点，因此直流输入方式又称为直流汇点输入方式。交直流输入模块各输入电路都一样，但它们各个输入电路可能有一个公共端子，称为汇点输入方式；也可能没有公共端子，而是彼此独立，互不影响，称为分隔式输入方式。输入模块的选择时应注意以下几方面：a.根据现场设备与模块之间的距离来选择模块电压水平，其传输距离不宜太远；b.模块的同时接通点数不宜太多，一般来讲，同时接通点数不要超过输入点数的60%；c.为提高控制系统的可靠性，应考虑其门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。综合考虑以上几点，本次设计中选用直流32点输入的输入模块SM321（6ES7 321-1BL00-0

42、AA0）。2.数字量输出模块的选择SM322数字量输出模块的作用是将S7-300的输出信号传给外部负载（即用户输出设备），并将S7-300部低电平信号转换成外部所需要电平的输出信号。数字量输出模块SM322有七种型号输出模块可供选择，即16点晶体管输出、32点晶体管输出、16点可控硅输出、8点晶体管输出、8点可控硅输出、8点继电器输出和16点继电器输出模块。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态，输出逻辑“1”时，二极管发光。本次设计中，数字量输出驱动的主要是指示灯和电磁阀，考虑到安全性和搅拌机的不频繁启动的特性，故选用16点继电器输出的模块SM322（6ES7 322-1BH10-

43、0AA0）。3.模拟量模块选择SM331主要是由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分的方法，积分时间直接影响到A/D转换时间和A/D转换精度。所有模拟量的输入通道共用一个转换部件，通过转换开关，将各通道按顺序一个个转换。输入模块的循环时间是指这一通道开始转换模拟量输入值到下次开始转换的时间，它是模块中所有活动的输入通道的转换时间的总和。因此为了缩短循环时间，应该使用S7组态工具屏蔽不用的模拟量通道，使其不占用循环时间。在此项目中，我们的模拟量信号石料、沙料重量（重量传感器输入）010V电压信号，7测重传感器

44、420mA电流信号。模拟量输入模块的选择要考虑通道数。为了节约机架空间和费用，选用8通道的模拟量输入模块SM331（6ES7 331-7KF02-0AB0）。4.电源模块的选择电源模块的选择很简单，只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于CPU模块、输入输出模块、专用模块等消耗电流的总和。S7-300各个模块使用的电源是通过S7-300的背板总线传送的，一部分模块还需要从外部负载电源供电。在建立一个项目系统的时候，应充分考虑各个模块的电流耗量和功率损耗，所有S7-300模块使用的从S7-300背板总线提供的总电流不能超过1.2A。在S7-300的一个实际项目中，所有模块确定后，要选择合

45、适的电源模块。电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各智能模块等总消耗功率之和，并且要留有大约30%的余量。S7-300的专用电源模块PS307用于将120/230V交流电转化为24V直流供电电源，以作为CPU和其他模块所需电源。根据输出电流的不同，有3种规格的电源模块可选：2A、5A、10A。综合考虑以上各点，本次设计选用10A的电源模块PS 307（6ES7 307-1KA00-0AA0）。输出电压24VDC；具有防短路和开路保护； 连接单相交流系统 (输入电压120/230 VAC，50/60Hz)； 可靠的隔离特性，符合EN 60 950；可用作负载电源。综上所述，本次

46、设计中选用的PLC模块：CPU315-2 DP处理器；PS307电源模块；ET200M远程控制单元；CP340通信模块；SM321数字量输入模块；SM322数字量输出模块；SM331模拟量输入模块。4.3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：（1）称重传感器选型应考虑过负荷因素（2）可靠性（3）传感器的防护等级（4）搅拌站的规模和工作类型（5）称重传感器的准确度称重传感器

47、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HL-F(1)型方

48、悬臂梁高精度压力传感器，如图4-1所示：图4-1 HL-F(1)型方悬臂梁压力传感器F型传感器具有0。05%F。S的精度等级、2mv/v的灵敏度、0。05%F。S的非线性、士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/100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。表4-1硬件选型表

49、序号设备名称出厂号1PS307电源模块（5A）6ES7 3071BA000AA02CPU 314C2DP6ES7 3146CG030AB03数字量输入模块SM321 DI16*24V DC6ES7 3211BH020AA04数字量输出模块SM322 DO8*RELAC230V6ES7 3221HF010AA07导轨，830mm6ES7 3901AJ300AA011CP342-5 PROFIBUS-DP6GK7 3425020XE014计算机15三相异步电动机17称重传感器4.4组态软件选择所谓工控组态软件是利用系统软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，构成系统所需的软件。组态软件正在代替各种

50、计算机语言的软件开发，易学易用，深受工程开发人员的青睐。 近年来国外的软件开发商和DCS生产厂商开发的组态软件品种繁多，如Intellution公司的Fix DMACS，西门子公司的WinCC，研华公司的Genie等等。组态软件大都由专业软件公司开发，提高了系统的成功率和可靠性，减轻了工程开发人员的工作量。组态软件通常有以下几方面的功能:（1）强大的画面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于windows环境下，充分利用windows的图形功能完备，界面美观的特点，提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲的绘制出各种工业画面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的画面设计中解放出来，丰富的动画连

51、接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使画面生动、直观。（2）良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通讯协议互联，支持多种硬件设备。开放性是商量一个组态软件好坏的重要指标。组态软件向下应能与低层的数据采集设备通讯，向上能与管理层通讯，实现上位机和下位机的双向通讯。（3）丰富的功能模块。提供丰富的控制功能库，满足用户的测控要求和现场要求。利用各种功能模块，完成实时监控、产生报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作。系统既可适用于单机集中式控制，分布式控制，也

52、可以是带远程通信能力的远程测控系统。(4)强大的数据库。配有实时数据库，可存储备种数据，如模拟型，离散型，字符型等，实现与外部设备的数据交换。(5)可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面。(6)周密的系统安全防。对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。(7)仿真功能。提供强大的仿真功能，使系统并行设计，从而缩短开发周期。本文上位机组态软件采用亚控自动化软件科技开发的“组态王6.5 ",“组态王6.5”以Microsoft Windows95 / Windows98/Windows NT中文操作系统作为其操作乎台，充分

53、利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。它使采用PC机比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。“组态王6.5”软件包由工程管理器TOUCHMAK和画面运行系统TOUCHVEW两部分组成。 工程管理器是“组态王6.5”软件的核心部分和管理开发系统，它将画面制作系统中已设计的图形画面，命令语言，设备驱动程序管理，配方管理，数据报告等工程资源进行集中管理，它嵌画面开发系统。画面开发系统是应用程序的集成开发环境，程序员在这个环境中完成界面的设计、动画连接的定义等。画面开发系统具有先进完善的图形

54、生成功能:数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性，对数据的报警、趋势曲线、过程记录、安全防等重要功能有简单的操作办法。利用组态王丰富的图库，用户可以大大减少设计界面的时间，从整体上提高工控软件的质量。 TOUCHVEW是“组态王6.5”软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I/O服务程序(数据采集组件)的数据交换。它通过实时效据库管理从一组工业控制对象采集到各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。工程管理器和TOUCHVEW是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用;两者又相互依存，在工程管理器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在TOUCHVEW运行环境中才能运行。5 搅拌站控制系统的硬件设计