王雪峰毕业论文(新)

1、辽宁石油化工大学本科生毕业设计（论文）用纸摘 要在高级公路的建设中，沥青混凝土称量是道路交通建设重要生产线之一。沥青混凝土称量自动控制系统自动化程度高，其控制系统的性能直接影响到沥青混凝土面材料的质量。因而沥青混凝土称量自动控制系统的设计是一个具有重要意义的研究课题。本设计是用利用S7-200型PLC控制沥青混凝土的称量。其中详细介绍了系统的硬件配置以及软件设计流程图。本设计完成的主要内容是对整个系统进行设计，绘制出电气原理图、选择电气元件、统计输入/输出点数，PLC机型及功能控制模块配置，并且编写PLC中元件的地址表和绘制用户程序控制流程图。外部控制程序的基本实现采用编程的方法，即利用梯形图

2、来实现方案设计中的各个部分的要求。针对沥青混凝土称量的自动控制，我们要达到的预期目标是实现自动控制内容。论文详细介绍了PLC的基本组成和工作原理。同时介绍了德国西门子S7-200PLC的基本结构、性能和特点。该控制方案，可靠性高，编程简单易懂，操作方便，使用寿命长。沥青混凝土称量自动控制系统的应用，可以使产品加工质量稳定的保持在设计范围内，适合批量生产，有效降低生产成本，减少人工劳动强度，大幅提高生产效率，以适应市场和用户的需求。关键词：沥青；混凝土；PLC；重量检测AbstractIn the construction of high-grade highways, the weighing

3、 of asphalt concrete is one of the important production lines in the construction of the road traffic. Asphalt concrete weighing automatic control system automation is high, the control performance of the system directly affects the quality of asphalt concrete surface material. Thus asphalt concrete

4、 weighing automatic control system design is a very important research subject.The design is with the use of S7-200 PLC control of asphalt concrete weighing. The details of the system hardware configuration and software design flow chart. To complete the design of the main content is to the whole sy

5、stem design, draw electrical schematics, electrical components selection, statistical input / output points, the models and the function of the PLC control module configuration and write PLC element address table and draw the user program control flow graph. External control procedures to achieve th

6、e basic uses programming method, namely the use of the ladder diagram to achieve the requirements of various parts of the design. For the automatic control of the asphalt concrete weighing, we To achieve the desired goal is to achieve automatic control of content. The paper details the basic composi

7、tion and working principle of PLC, and introduces the basic structure, performance and characteristics of the German SIEMENS S7-200PLC.The control scheme, high reliability, simple programming, convenient operation, and long service life. The application of asphalt concrete automatic weighing control

8、 system can ensure the stability of the product quality to keep within the scope of design, suitable for mass production, effectively reduce the production costs, reduce labor intensity, greatly improve the production efficiency, in order to adapt to the demand of the market and users.Key words: Asp

9、halt; Concrete; PLC; Weight measurementI目录1 绪 论11.1 题目的背景和意义11.2 沥青混凝土称量的基本原理11.3 沥青混凝土称量的发展现状及发展趋势31.4 本文主要内容42 沥青混凝土称量的工艺流程52.1 沥青混凝土称量的工艺流程52.2 沥青混凝土称量的工艺参数52.2.1 沥青混凝土的配比52.2.2 落差量的修正52.2.3 沥青第二次称量的修正62.2.4 系统实时性分析62.3 系统控制要求73 沥青混凝土称量自动控制系统总体方案设计83.1 沥青混凝土称量自动控制系统的方案比较83.1.1 PLC特点83.1.2 IPC特点93

10、.1.3 继电器控制特点103.2 系统总体方案设计103.2.1 上位机监控113.2.2 PLC控制器123.2.3 石料（石粉/沥青）称量电路123.2.4 A/D转换123.2.5 控制电路124 沥青混凝土称量自动控制系统的硬件设计134.1沥青混凝土称量自动控制系统PLC的选型及配置134.1.1 PLC选型134.1.2 西门子S7-200 CPU226简介144.1.3 重力传感器扩展模块EM231测重量154.1.4 沥青混凝土称量自动控制系统I/O接线图174.2 外设元器件的选择184.2.1 称重传感器184.2.2电磁阀简介204.3 沥青混凝土称量自动控制系统的电器

11、元件选择215 沥青混凝土称量自动控制系统的软件设计235.1 沥青混凝土称量自动控制系统I/O地址分配表235.2 沥青混凝土称量自动控制系统程序流程图245.3 沥青混凝土称量自动控制系统梯形图265.4 沥青混凝土称量自动控制系统调试275.4.1 创建项目275.4.2 程序的编译及调试286 结论28参考文献29谢辞31附录33I1 绪 论随着国民经济的发展，中国交通道路网的不断扩大和延伸，道路的施工生产线也不断发展改进。在高级公路的建设中，作为一种面材料的沥青混凝土，有越来越多的道路设计者们采用这一方式，而沥青混凝土称量生产线将承担起了沥青混凝土生产的艰巨的使命，它们逐渐成为市场的

12、主流产品1。沥青混凝土称量生产线是目前道路建设领域的极其重要生产线之一。随着筑路路面要求提高，对沥青混凝土的质量提出更高要求：要求系统能连续工作16h；要求沥青混凝土的油石配比精确；要求生产过程中的每一拌料具有数据备查功能等。1.1 题目的背景和意义 沥青路面是用沥青材料作为粘结材料，结合矿山的材料和地面层、基层和垫层组成的路面结构。由于作为沥青路面的沥青结合料，从而提高了矿料间的粘结力，提高混合料的强度、稳定性和耐久性一直是路面质量证明2。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车过程中比较舒适、噪声很低、而且耐磨性好、振动幅度小、施工周期短、方便于保养与维修，适合于分期施工等

13、，因此得到越来越广泛的应用3。现代的配料称量控制设备应用比较广泛, 采用了可编程自动控制技术，成功的避免了早期配料控制系统中存在的接线复杂，查线困难；可靠性差，故障率高；使用、维护和功能扩充不便等缺点，使系统的可靠性和精度大大提高，从而大大地减少了工人操作，降低工人的劳动强度，并提高控制精度4，保证了生产质量和生产效率。随着国家交通事业的发展，公路建设成为重中之重，这也要求各大拌合站要高标准，高质量，高效率地生产沥青混凝土混合料。早期采用人工配料，速度慢，质量差，不能及时供应建设需求，现在越来越多的配料称量控制设备投入使用，配料速度快，质量高，完全供应上建设需求，也为拌合站带来了良好的效益25

14、。1.2 沥青混凝土称量的基本原理 图1-1为沥青混凝土称量的原理图。系统称量分三路：石料、石粉，沥青。当系统启动，若三个料斗都处于关门状态，三种材料根据工程配方开始称量：石料称斗先称取1#石料，当称量值到，关闭1#石料仓口，接着称料斗开始称2#石料，直到2#石料值到，关闭2#石料仓口，接着称量3#石料，直到3#石料值到，关闭3#料仓门，接着称量4#石料，直到4#石料值到，关闭4#料仓门；在称石料的同时，粉料斗与沥青料斗也开始称量。粉料斗称量过程与石料类同，而沥青斗称料做了技术处理：沥青称量分两步进行，第一步与石料、石粉同步称量，称沥青所需量的80%，余下20%等石料称量结束后，根据石料称量偏

15、差对沥青称量 图1-1 沥青混凝土称量工艺流程图作修正，经第二次称量，实际加入沥青量的百分比为：0.8X+0.2X+ (石料实际称量直-石料理论称量值)X/石料理论称量值式中X为沥青在拌料中的百分比5。这种称料方法对提高产品油石比精度是十分有效的。当三种原料称料完毕，将石料放入拌缸，延时t1放入沥青，再延时t2放入石粉。三个称料斗放完料后再次下一循环称料，而拌缸中的料经搅拌一段时间后放入小车，系统按上述工作节拍周而复始的工作。1.3 沥青混凝土称量的发展现状及发展趋势 物料称量系统是影响混凝土质量和混凝土生产成本的重要组成部分，主要分为骨料称量、粉体称量和液称量。在正常的情况下，每小时20立方

16、米以下的搅拌站采用叠加称量方式，即用一个天平骨料，水泥和粉煤灰与双秤，水和液体添加剂分别称重，然后液体添加剂投入水，说战斗混合在前进。在每小时50立方米以上的搅拌站，材料的使用独立称重，所有的称重使用电子秤和微机控制6。 间歇式搅拌站计量系统：骨料计量：标准型采用增量式测量，提高了电子称盘减量法计量；粉料计量：水泥我通过粉煤灰计量料斗上方安装搅拌器，标准型搅拌站用交流接触器控制螺旋升降，没有精确的匹配装置；改进的搅拌站与频率频率转换器实现粗、细和成分。水计量：三点式悬挂式称重机构，用一个粗、细的电路装置，保证精度测量的。添加剂计量：传感器直接负载，用粗、细的电路和仪表盒，单独的管道布置保证测量

17、的精度7。2003年，河北双星机械制造有限公司专业设计制造HZS120型、180型、90、75、60、50等各种型号混凝土搅拌站设备。主机采用强制式双卧轴搅拌机，可生产塑性、干硬性等多种混凝土，质量可靠。骨料采用电子秤累加计量或单独计量，水泥、水、添加剂均采用称量斗，计量准确，计算机集中控制，操作简单、易调、可靠。骨料采用斗式提升或皮带输送两种上料方式。电器元件性能可靠，生产功率高，适用于现场大批量混凝土生产。整体机采用计算机和可编程控制器控制，自动控制，手动操作，操作简单，易于掌握。动态面板显示，可以清楚地了解每个组件的操作。在同一时间，它可以存储比，产量数据和打印输出表的统计，强大的管理功

18、能。友好的人机对话功能，对现场管理监控提供了强大的应用支持。具有自动误差补偿功能，并能自动完成预定的灌溉生产8。2008年在期刊可编程控制器与工厂自动化15卷第3期中，穆光亚发表了“基于VPIA500SPLC沥青混凝土搅拌设备模拟演示系统”，系统选用的是德国VIPA 500S PLC。 基于VIPA 500S PLC的模拟演示系统硬件配置简单,软件编程和组态任务小,开发周期短，自动化程度高，计量精确，模块化设计，结构合理，节能环保，可广用于高等公路沥青路面基材料的生产。能够实现工业现场生产工艺流程和工况的模拟演示。该系统已经在北京德基沥青混凝土搅拌设备销售演示和公司员工业务培训中广泛的应用。2

19、008年山东省潍坊市贝特工程机械有限公司生产的“QLB8005000”型系列沥青混凝土搅拌设备自主开发的具有自主知识产权的沥青混凝土搅拌设备。该设备的控制技术采用德国西门子PLC，自动化程度高，计量精确，模块化设计，结构合理，节能环保，可广用于高等公路沥青路面基材料的生产9。2013年河南陆德筑机股份有限公司生产的“LD50”型强制间歇式沥青混合料搅拌设备，属目前国内比较先进的搅拌设备。该设备控制系统采用日本欧姆龙触摸屏和西门子PLC控制器，可实现自动、半自动及手动控制；控制先进，性能可靠，计量准确，操作方便直观。 通过上述的情况，可见沥青混凝土称重大多采用以PLC为控制核心，PLC具有可靠性

20、高、抗干扰能力强、编程简单、方便使用，体积小，重量轻，是“唯一的机电一体化产品。随着工业自动化的迅速发展，可编程控制器作为工业自动化的发展控制的不可替代的手段，也将紧随其后的是一个快速发展10。1.4 本文主要内容本文的主要工作是介绍沥青混凝土称量自动控制系统，设计沥青混凝土称量的控制系统并开发基于PLC的重量控制器，还在此硬件平台上进行一定的重量控制算法研究。本文共分五章。第一章主要介绍本课题的研究背景、意义和沥青混凝土称量的原理。第二章主要介绍了沥青混凝土称量的工艺流程和控制系统的参数选择及控制要求。第三章主要介绍控制系统的总体设计。第四章主要介绍控制系统PLC的硬件设计。第五章是本文的重

21、点，主要设计沥青混凝土称量自动控制系统，包括硬件结构和软件编程。2 沥青混凝土称量的工艺流程沥青混凝土称量的主要组成部分有备料斗、称量装置、控制装置、监控装置和搅拌装置。对于绝大部分沥青混凝土称量控制系统来说，沥青混凝土的配料都包括两种大小的石料和两种大小的石粉以及成品沥青。整个工艺过程，可以大致分为两个步骤：称量和搅拌，每一个步骤对整个工艺处理是否成功来说都很重要。自动控制系统的设计应充分考虑每个步骤的目的和注意事项，设置合格的参数，以保证沥青混凝土混合料的质量。2.1 沥青混凝土称量的工艺流程系统称量分三路：石料、石粉，沥青。当系统启动，若三个料斗都处于关门状态，三种材料根据工程配方开始称

22、量：石料称斗先称取1#石料，当称量值到，关闭1#石料仓口，接着称料斗开始称2#石料，直到2#石料值到，关闭2#石料仓口，接着称量3#石料，直到3#石料值到，关闭3#料仓门，接着称量4#石料，直到4#石料值到，关闭4#料仓门；在称石料的同时，粉料斗与沥青料斗也开始称量。粉料斗称量过程与石料类同，而沥青斗称料做了技术处理：沥青称量分两步进行，第一步与石料、石粉同步称量，称沥青所需量的80%，余下20%等石料称量结束根据实际情况进行称量。2.2 沥青混凝土称量的工艺参数沥青混凝土混合料的质量是产品质量的保证，理想的沥青混凝土称量的工艺参数是多项指标综合的统一，对沥青混凝土混合料质量有重要影响的工艺参

23、数主要有沥青混凝土的配比、落差量的修正、沥青称量的修正等，其中某一个参数选择不当，都会导致各种沥青混凝土混合料质量的缺陷，使沥青混凝土混合料质量下降。2.2.1 沥青混凝土的配比 沥青混凝土称量采用流量法，主要是避免沥青混凝土的温度导致浓度变化在流量法中引起的称量误差。为保证沥青混凝土各配料间的严格配比，分两次称量，第二次称量对石料超量进行动态补偿，提高称量系统的百分比准确性2.2.2 落差量的修正 由于在沥青混凝土称重过程中的滞后，由于进料口和一个称量料斗容器之间的一定距离，重量达到一定值，控制系统发送关闭门的命令，料斗电磁阀关闭。但当时有一部分已经离开料斗口还没有达到称重料斗容器“自由”的

24、料柱上，当料柱落入称料斗后，重量超过额定值，柱柱延时滞后变为超差变为“落差”。此外，由于石材形状不规则，颗粒大小的不同，生产过程中不定期到物料的料斗，使料斗材料的水平不断地变化，因此，对于每一个时间滞后造成的材料的重量误差是不一样的。引起的偏差材料的变化和下降必须予以纠正11。 基于沥青混凝土材料的双回滞特性的双回滞特性的研究，在计算机技术应用于配料过程实时监测以纯数学模型为基础，利用经验公式对落差预测与计算实现自动校正。具体方法是实现粗称和精称，控制系统输出两个开关控制一个石料斗阀，启动两斗阀打开，当材料被添加到低于额定值接近粗称阀门为止，小心的补偿方法，所有过程中所产生的误差全部因素归因于

25、“落差”。在第一次，根据经验，设置一个落差的标准值，用额定值和它的差异一半作为控制值，在称重结束时根据实际测量值计算实际误差，以50%的实际误差作为控制依据。在结束之后二次称重并计算出一个新的间落差值和误差值，实际上是考虑两者的误差计算。每一次这样的校正后，如果称重次数越多，则称量误差小就越小11。2.2.3 沥青第二次称量的修正 第一次沥青称量后，剩余的20%根据石料称量偏差对沥青称量作修正，实际加入沥青量的百分比为：0.8X+0.2X+ (石料实际称量直-石料理论称量值)X/石料理论称量值，式中X为沥青在拌料中的百分比。这种称料方法对提高产品油石比精度是十分有效的。当三种原料称料完毕，将石

26、料放入拌缸，延时t1放入沥青，再延时&t2放入石粉。三个称料斗放完料后再次下一循环称料，而拌缸中的料经搅拌一段时间后放入小车，系统按上述工作节拍周而复始的工作。2.2.4 系统实时性分析 无论是沥青的分步称量还是石料的50%落差修正法，经试验验证都是最好、最快的称量方法。这两种称量系统的设计不仅满足了控制系统的实时性，同时也保证了产品的质量要求。2.3 系统控制要求沥青混凝土称量自动控制系统的主要要求和特点：（1） 严格遵守沥青混凝土的物料配料比例。（2） 尽量多次称量，使落差引起的误差降到最低。（3） 对沥青进行分步称量，减小沥青称量引起的误差。（4） 对系统进行实时性分析，保证产品

27、的质量。3 沥青混凝土称量自动控制系统总体方案设计沥青混凝土称量自动控制系统是一个不是过于复杂的控制系统，运用了重量检测、控制，电磁阀的开关、通讯技术、逻辑控制等多种先进控制技术对沥青混凝土称量自动控制系统进行控制，为了保证沥青混凝土的质量，因而对控制系统提出了较高的要求。3.1 沥青混凝土称量自动控制系统的方案比较 目前，常用的沥青混凝土称量控制器有可编程控制器(PLC)、工控机(IPC)和继电器控制三种。3.1.1 PLC特点 可编程控制器主要由一个中央处理器（中央处理器）、内存（只读存储器）、输入输出单元（输入输出单元）、电源和几个主要组成部分的程序设计。可编程控制器是一种计算机处理器数

28、字电子，电气自动控制装置的核心，它可以说是一种特殊的微型计算机。PLC的具体结构，虽然多种多样，但基本相同的原则原理，即以微处理器为核心，辅以外围电路和I/O单元的硬件12。其主要特点是：A.可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能，可编程控制器由于采用现代大型集成电路技术，大量的开关动作不接触到该半导体电路完成后，采用严格的生产工艺，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性13。B.配套齐全，功能完善，适用性强 可编程控制器的开发，目前已形成了大、中、小型系列产品。可用于工业控制应用的各种尺寸。除了逻辑功能力外，现代的可编程控制器大多为无线数据处理能力强，可用于各种数

29、字控制领域。近年来，一大批功能性的可编程控制器的出现，在对位置控制、温度控制、数控等工业控制，以及可编程控制器通讯能力增强和人机界面技术的开发，采用可编程控制器各种控制系统变得非常简单，适用于各种工业环境14。C.易学易用，深受工程技术人员欢迎 可编程控制器为工业和矿业企业的通用工业控制计算机、工业控制设备。界面容易，工程师和工程师的容易接受这种编程语言。梯形图语言、图形符号和表达方法和继电器电路图是比较接近的，可编程控制器只有一小部分的逻辑控制指令可以方便地控制实现继电器电路的功能。电子电路不熟悉，为不了解计算机原理和工业控制计算机打开使用汇编语言的大门15。D.系统的设计、建造工作量小，维

30、护方便，容易改造 可编程逻辑控制器以存储逻辑代替布线逻辑，大大减少了控制设备与外部之间的连线，使得控制系统的设计和施工周期缩短同时也变得易于维护。更重要的是，在改变生产过程中，实现了改变生产过程可能，这是非常适合于多品种和标准批量化生产的情况15。E.体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新生产的品种在小于100mm的尺寸，小于150g体重，并且只有几瓦的功耗。由于小尺寸的机器容易安装，是实现机械和电气一体化的理想控制设备15。3.1.2 IPC特点 A.可靠性工业PC具有在小颗粒粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTTR（Mean Time to Repai

31、r）一般为5min，MTTF10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为1000015000小时16。B.实时性工业PC对工业生产过程进行实时在线检测与控制，对工作状况的变化给予快速响应，及时进行采集和输出调节（看门狗功能这是普通PC所不具有的），遇险自复位，保证系统的正常运行16。C.扩充性工业PC由于采用底板+CPU卡结构，因而具有很强的输入输出功能，最多可扩充20个板卡，能与工业现场的各种外设、板卡如与道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连，以完成各种任务16。D.兼容性能同时利用ISA与PCI及PICMG资源，并支持各种操作系统，多种语言汇编，多任务操作系统。3.1.3 继电器控制特点控

32、制功能是通过进行硬件实现控制，元器件多，出点多，易出故障，整体机械运作时间的常数特别大所以引起实时性误差，而且控制柜体积过大、并且笨重，容易损坏，使用寿命短，自动控制性能较差，产品价格低廉，维修护理复杂、人工工作量大17。根据上面的论述我们可以理解到，可编程控制器的硬件决定了它的性能的可靠性和控制功能比继电器控制系统和计算机控制系统高得多，它是专门为工业控制场合设计的，因此它的稳定性能好，并且人工操作简单灵活，容易实现控制系统升级和功能模块扩展。选用PLC控制沥青混凝土称量配料，其硬件接线少、线路设计合理、变成简单、线路修理简便，较低的维修率，大大提高了工作效率，而且具有很强的抗干扰能力，确保

33、了控制系统操控的可靠性能。因此采用可编程控制器（PLC）作为该系统的控制器23。3.2 系统总体方案设计 沥青混凝土称量自动控制系统主要分为控制器部分和电气部分，控制器部分主要包括重量的检测和控制和电磁阀的控制。其系统结构图如图3-1所示。图3-1 沥青混凝土称量自动控制系统基本结构图3.2.1 上位机监控上位机是监控软件所运行的计算机，其功能是用来实现对于整个系统控制性能的管理。它操作较为简单、思路明确、操作界面人性化。上位机软件主要包括以下几个模块:A.数据采集、存储模块上位机软机每隔1s向可编程控制器发送读重量命令，然后接受控制器返回的质量数据，严格通过误差检测校正以后进行存储并显示。B

34、.实时曲线显示、历史曲线显示功能模块监控软件可以显示重量的变化曲线和历史曲线，从而可以观察到系统的增重变化趋势。C.数据查询模块上位机存储的历史数据既可以按照不同的规则进行查询以供分析，而且系统的设置参数也可以进行查询。D.通讯模块主要负责与下位机的数据交换及数据格式的转换23。3.2.2 PLC控制器 可编程控制器是沥青混凝土自动控制系统的核心设备，各称量电路根据原料的称量值是否达到预设值而向PLC的输入端发送或者停止发送电信号，PLC根据输入信号自动控制相对应的控制电路从而控制沥青混凝土配料原比例24。3.2.3 石料（石粉/沥青）称量电路石料（石粉/沥青）称斗先称取石料（石粉/沥青），当

35、称量到额定值时，通过A/D转换，将信号送入PLC，关闭石料（石粉/沥青）阀。3.2.4 A/D转换 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，以使编程控制器模拟处理必须实现模拟和数字之间的A/D、D/A一个转换，可编程控制器制造商支持生产的一个A/D模数转换模块，进行可编程控制器的模拟量控制。本系统采用西门子专用A/D转换模块进行A/D转换，将采集到的模拟信号转换成数字信号送至PLC进行控制25。3.2.5 控制电路 控制电路有石料斗阀、石粉斗阀和沥青阀控制电路。4 沥青混凝土称量自动控制系统的硬件设计重量控制是沥青混凝土称量自动控制系统的核心，直接关系到沥青混凝土成品料的质量，本章将重点研究沥青

36、混凝土称量自动控制系统的控制，分重量的检测和电磁阀控制两部分。本方案采用市场占有率最高的西门子S7-200 PLC EM231 4通道模块进行重量检测，以达到精确控制。 4.1 沥青混凝土称量自动控制系统PLC的选型及配置本节主要对沥青混凝土称量自动控制系统所使用的控制器，重量传感器和控制电路作出介绍。4.1.1 PLC选型 S7 - 200系列PLC是一种新的小型PLC西门子公司。结构紧凑,可扩展性好,指令功能强、价格低廉,已成为当代各种小理想型控制工程的控制器23。s7 - 200 PLC包含一个单独的S7 - 200 CPU和各种可选的扩展模块,控制器可以很容易地由不同的规模。在其控制的

37、大小从几点到数百点。PLC S7 - 200 PLC可以轻松构造PLC-PLC网络和微机PLC网络,以完成更大的项目。STEP7-Micro/WIN32编程软件可以很容易地在Windows环境中对PLC编程,调试,监控,使PLC编程更方便快捷。可以说,S7 - 200完全可以满足各种需求的小型控制系统15。目前主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种系列S7-200PLC，其性能差异很大。这些性能直接影响到PLC的控制规模和PLC系统的配置。 简化的系统信号分析系统的开关输入信号为9个，开关量输出信号为11个，模拟信号为3个，指的是石料、沥青和石粉的重量信号。选择可编程

38、控制器必须配置模数转换模块、功能模块和数据操作需要可编程控制器模块具有特殊的命令和数据处理指令。综上所述，选用24输入/16输出的西门子S7-200 CPU226CN型可编程序控制器和4通道的EM231模拟量输入输出扩展模块19。如图4-1所示PLC外部结构图。图4-1 PLC结构图4.1.2 西门子S7-200 CPU226简介可编程序控制器西门子S7-200 CPU226简介如表4-1所示。表4-1 西门子S7-200 CPU226简介名称参数数字量I/O24DI/16DO中断输入4HSC输入6（30KHz）支持A/B模式脉冲输出2（20KHz）CPU特性/端口扩展选择AC或DC电源可拆卸

39、端子排利用EM277可扩展为4个串行端口2个模拟设置调整器自整定PID控制器实时时钟续表4-1 名称参数名称参数最大数字I/O点128DI/128DO执行时间（位指令）0.22uS程序存储器24576 B数据存储器10240 B存储器模块可用模拟量I/O34AI/28AO最大44特殊模块因特网和内置 Web 服务器；SIWAREX 称重传感器单元；运动；调制解调器网络功能串行通讯；AS-Interface；Profi bus-DP 从站；模拟电话；以太网/因特网；GPRS；Modbus 主站/从站网络主站功能Modbus RTU 主站和 AS-Interface 主站4.1.3 重力传感器扩展

40、模块EM231测重量为了应用方便，西门子公司专门开发了重量传感器扩展模块EM231，共有两种型号：EM231 4通道模块和EM231 8通道重量传感器模块。重量传感器扩展模块内置了滤波、放大、A/D转换电路，不再需要另外使用重量变送器并且有多路转换器，因此可以直接将3路传感器信号引入PLC这样可以直接把重量传感器信号引入PLC进行测量20,如表4-2所示。 表4-2 EM231模块的技术参数规格项目EM231 4AI×WCEM231 8AI×WC物理特性尺寸(宽×高×深)71.2×80×62mm71.2×80×62

41、mm功耗1.7W1.7W电源损耗+5V DC消耗电流35mA47mAL+30mA30mAL+线圈电压范围20.428.8V DCLED灯指示24V DC电源供电良好ON=无错，OFF=无24V DC电源，SF：ON=模块故障，闪烁=输入信号错误,OFF=无错模拟量输入特性输入类型悬浮型热电偶输入范围热电偶类型(选一种)：S，T，R，E，N，K，J电压范围：+/-80mV输入点数48现场至逻辑 现场至24V DC 24V到逻辑500VAC500VAC500VAC共模输入范围 (输入通道至输入通道)120V AC共模抑制>120dB120V AC温度电压0.1/0.1 15位加符号

42、位 续表4-2 规格项目EM231 4AI×WCEM231 8AI×WC模块更新时间(所有通道)425ms825ms到传感器的导线长度最大100米导线回路电阻最大100噪声抑制85dB 50Hz/60Hz/400Hz数据字格式电压：-27648至+27648输入阻抗>1M最大输入电压30V DC分辨率15位+符号位输入滤波衰减-3dB 21kHz基本误差0.1% FS(电压)4.1.4 沥青混凝土称量自动控制系统I/O接线图如图4-2所示，连接PLC外围电路，重量通过EM231模拟量输入输出扩展模块检测并输入PLC， 从左到右3个重量传感器依次检测石料、石粉、沥青的重

43、量，PLC输入端接无沥青混凝土称量自动控制系统启动开关SB1，SB2为停止开关，输出端Q0.0-Q1.0依次为石料1电磁阀、石料2电磁阀、石粉1电磁阀、石粉2电磁阀、沥青阀、称量石料斗阀、称量石粉斗阀、称量沥青斗阀和拌缸阀。图4-2 沥青混凝土称量自动给控制系统I/O接线图4.2 外设元器件的选择 主控器已经选择完毕，接下来我们要选择外设器件。外设器件包括重量传感器、电磁阀、开关按钮等，外设器件的选择影响到沥青混凝土的质量。所以选择需慎重。4.2.1 称重传感器称重传感器实现了快速、准确的对材料进行称量,它是测量精度的关键部件,现在除了特殊目的,超过90%使用电阻应变式称重传感器。四片电阻应变

44、片分别粘在传感器梁的上下平面，即连成惠斯登电桥。称重传感器电气原理图如图4-3所示，图中R1-R4为电桥测量电阻应变片；RD初始不平衡补偿电阻；RT零点温度补偿电阻；RB输出灵敏度温度补偿电阻。称重传感器的激励电压为10V，称重传感器的灵敏度为1-1.5mV，则称重传感器的额定载荷下的输出电压为10-15mV18。图4-3 称重传感器电气原理图当被测物的重量通过传感器直接作用在粘有电阻应变片的弹簧梁上时，使其弯曲变形，梁相对变形大小正比于外加载荷。同时粘在梁上、下平面上的电阻应变片同步产生电阻应变，且与梁变形成正比。粘在梁平面的R1、R2电阻应变片阻值增加，R3、R4应变片阻值减小，故电桥失去

45、平衡，对角端有不平衡电压输出，其输出电压正比于被测物质量18。TJH-5B悬梁式称重传感器简介如表4-3所示。表4-3 TJH-5B悬梁式称重传感器参数简介性能参数额定载荷0.5-100（KN）综合精度0.02（线性+滞后+重复性）蠕变±0.02%F·S/30min零点输出±1%F·S零点温度影响±0.02%F·S/10输出温度影响±0.02%F·S/10工作温度-20365续表4-3 性能参数输入阻抗380±10输出阻抗350±3绝缘电阻>5000<M安全过载150%F·

46、S拱桥电压10V(DC)材质合金钢或不锈钢传感器接线方式输入+: 红 输入-: 黑输出+: 绿 输出-: 白4.2.2 电磁阀简介 电动V型球阀是由截止阀演变而来的。它具有相同的提作用，都是旋转90度，不同的是，旋塞体是一个球体，有圆形孔或通道通过它的轴，和球体和开口的比例应该是这样的，当球是旋转90度，在出口，出口都呈球形，从而切断流量18。 电磁式阀的原理是靠旋转阀使阀门流通或闭塞，气动阀开关方便，体积小，可制成大直径19，而且还有以下几个有点：（1） 流体阻力小，去阻力系数与同长度的管段相等。（2） 结构简单、体积小、重量轻。（3） 紧密可靠，目前球阀的密封材料广泛使用塑料，密封性好。（

47、4） 操作方便，开闭迅速。（5） 维修方便。（6） 介质通过时，不会引起阀门密封面的腐蚀。（7） 适用范围内，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空到高压力都可应用。2KHV73W-10P-DN200型电磁阀的参数如表4-4所示。表4-4 2KHV73W-10P-DN200型电磁阀的参数参数名称参数型号2KHV73W-10P-DN200公称压力PN1.6、2.5、4.0、6.4Mpa公称通径DN15-DN600最大转角90°工作温度-40-500传动机构电动输入信号电信号：4-20mA（DC），触点信号：1K 1-5V（DC）阀座形式（硬密封座）304、316、（软密封座）聚四氟乙烯主

48、要材质阀体（1）WCB、（2）304、（3）316、（4）316L阀芯304、316、316L适用介质粉尘、悬浮颗粒、水泥制造、石油化工等4.3 沥青混凝土称量自动控制系统的电器元件选择如表4-5所示为电气元件列表。表4-5 电气元件列表器件名称个数型号开始按钮1LAY37（绿）停止按钮1LAY37（红）续表4-5 器件名称个数型号控制器（PLC）1西门子S7-200 CPU226称重传感器3TJH-5B悬梁式称重传感器称重模块3TJH-5B电磁阀52KHV73W-10P-DN200（100mm）电磁阀42KHV73W-10P-DN200（200mm）PLC模拟量输入输出扩展模块1EM2315

49、 沥青混凝土称量自动控制系统的软件设计 软件设计是实现硬件的控制功能，硬件设计完成之后，应进行软件设计，编程的优良同时也决定了控制性能的优良，只有合适的程序才能使系统发挥出最大的优势，质量检测和电磁阀的控制是由可编程控制器PLC编程实现20。5.1 沥青混凝土称量自动控制系统I/O地址分配表如表5-1元件的I/O地址分配表。如表5-2所示内部元件地址表。表5-1 元件的I/O地址分配表输入信号输出信号启动I0.0石料1阀开/关Q0.0石料称斗开限位I0.1石料2阀开/关Q0.1石料称斗关限位I0.2沥青阀开/关Q0.2沥青称斗开限位I0.3石粉1开/关Q0.3沥青称斗关限位I0.4石料称斗开Q

50、0.4石粉称斗开限位I0.5石料称斗关Q0.5石粉称斗关限位I0.6沥青称斗开Q0.6I/O连续/单调I0.7沥青称斗关Q0.7拌缸关门I1.0石粉称斗开Q1.0石粉称斗关Q1.1石粉2开/关Q1.2表5-2 内部元件数据表S状态功能数据寄存器功能S0.0初始化设置VD1存石料1数据S1.1称石料1VD2存石料1+2数据续表5-2 S状态功能数据寄存器功能S1.2称石料2VD3存沥青数据S1.3计算沥青修正VD4存石粉数据S1.4开石料称斗VD10存CH1石料值S1.5关石料称斗VD11存CH2沥青值S1.6称80%沥青VD12存CH3石粉值S1.7补称沥青VD13中间值S2.0开沥青称斗VD

51、14存A/D识别码S2.1关沥青称斗VD20存石料1给定值S2.2称量石粉粉VD21存石料1+2给定值S2.3开石粉称斗VD22存80%沥青给定值S2.4关石粉称斗VD23存100%沥青给定值VD24存石粉给定值5.2 沥青混凝土称量自动控制系统程序流程图根据称量控制要求，设计沥青混凝土称量系统控制程序流程图。当系统开始称料，石料1、石粉1、沥青三种料同时称取后，其中沥青称量分两步完成：第一步称取总量的80%；第二不称量必须在石料称量完成后，根据石料实际称量的偏差，对沥青第二次称量理论称取值做修正后进行，整个过程按条件分步完成21。由于使用步进指令能方便的实现顺序、分支和并行控制，则步进指令十

52、分适合本系统控制要求。如图5-1是以不仅指令S状态寄存器为步进标志的控制程序流程图，程序由初始化和并行称量分支控制组成。初始化程序主要完成开机时对一些特殊模块工作方式设置及某些初始状态设置，一旦初始化设置完成，程序运行不再反复对特殊功能模块写控制字22。图5-1 沥青混凝土称量自动控制系统程序流程图5.3 沥青混凝土称量自动控制系统梯形图系统启动，S0.0置1，当沥青、石粉、石料称斗都已经关闭，才允许三种材料同时称量。S1.1上跳沿使M9.1接通一个扫描周期，石料1和石料2实际称量寄存器清零。置Q0.0为1，打开石料1阀门。将A/D CH1采入石料1重量与石料1定值作比较，重量大于等于给定值，

53、Q0.0复位，关闭石料1斗阀，石料1关门后延时2秒。将计入落差的石料1重量存到D1.0寄存器。S1.1置零，S1.2置1。S1.2上跳沿使M9.2接通一个扫描周期，置Q0.1为1打开石料2的阀，将A/D CH1采入的石料1+石料2重量与石料1+石料2的给定值比较，实际重量大于给定重量，Q0.1复位，关石料2阀。石料2关阀延时2秒，石料1+石料2重量寄存到D2.0。S1.2状态置零，S1.3状态置1，转下一步工作，S1.3上跳沿使M9.3接通一个扫描周期，石料实际重量-石料理论重量寄存到D1.3，沥青给定值（Y）寄存到D1.3，沥青给定值/石料给定值（Y）寄存到D1.3，沥青修正给定值=寄存到D

54、1.3，置M1.0允许沥青补充修正值，若沥青和石料称量都完成，且拌缸门关好，S1.4状态置1，S1.3状态置0，允许沥青补称修正值标志M1.0复位，Q0.4=1，石料阀开门，放石料到拌缸。石料斗开门限位动作，X1=1延时2S，则S1.5状态置1，S1.4状态置0。Q0.5=1，石料斗关门关门限位动作，Q0.2=1，当Q0.6=1，连续继续工作，S1.1状态置1，S1.5状态为零，S1.6上跳沿使M9.4接通一个扫描周期，S1.6=1，开始称量沥青，沥青实际称量数据寄存器清零。Q0.2置1，打开沥青进料阀，将A/D CH2采集的沥青称量值与80%沥青称量给定值作比较，称量值大于80%给定值Q0.

55、2复位，关闭沥青进料阀，Q0.2下降沿M2.0接通一个扫描周期，第一次称量值存入D3寄存器，M1.0=1，石料偏差修正沥青称量允许，S1.7=1，S1.6=0，S1.7上跳沿使M9.5接通一个扫描周期，置Q0.2=1，再次打开沥青进料阀补称沥青，将A/D CH2采集的沥青称量值与修正沥青称量给定值作比较，称量值大于等于修正沥青给定值，Q0.3复位，关闭沥青进料阀，关闭沥青进料阀后延时2S，将计入落差的称量重量存入D3寄存器，石料方料2秒后T3=1，允许放沥青。Q0.6=1，打开沥青斗，开门限位到Q0.2=1，延时两秒允许放石粉，石料斗关门时才允许关沥青斗，S2.1状态为1，S2.0状态为0，Q2.2=1，沥青斗关门，关门限位到，且连续工作方式，重复沥青称料程序，S2.2上升沿使M9.6接通一个扫描周期，石料实际称料量数据寄存器清零，置