基于PLC控制的工业混合搅拌器的设计(附外文翻译)

基于PLC控制的工业混合搅拌器的设计辽宁工程技术大学毕业设计（论文）PAGE58PAGE570前言我国混凝土搅拌站生产企业众多，产品已形成系列化，但技术水平参差不齐，其中部分产品具有自动化程度高、生产能力高、称量精度高、投资少、搅拌质量好，能实现多仓号、多配合比、不间断地连续生产以及主机及其主要元器件的国产化程度等优点，但我国的混凝土搅拌站还存在着整体技术含量不高、普及率不高、地区差异较大、智能化程度不高和环保性能不高等缺点。混凝土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。而现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。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[1]。智能化是所有机械设备的最终发展方向，工业混合搅拌站也不例外。当前多数制造商在这方面都有很大的投入，但只能说还处于一种比较低的智能化状态，在这方面，要以更高一种完全意义的智能化为出发点。近年来随着我国经济持续稳定的增长，我国城市化建设的发展也越来越快，同时对混凝土的需求量也越来越大，以往那种由工地自行生产混凝土的方式由于其质量难以保证、噪声及粉尘污染大，已经难以满足现代城市和乡村的建设需要。因此自动控制的混合搅拌站必将取代原来的生产方式。因此我的选题是用PLC实现几种物料按一定比例均匀混合在一起，因而实现搅拌站的智能化。传统的工业自动控制主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。众所周知，这种控制方式虽然造价便宜，但却存在着许多致命弱点。为了克服这些弊端，世界上各国研制出了可编程序控制器取代继电器控制，其可靠性、抗干扰性等诸因素是继电器无法比拟的。随着计算机技术的不断发展，它给工业自动化带来了革命性的变革。这个变革是由继电器控制到计算机控制的飞跃。因此本次设计的混合搅拌站自动控制系统具有结构简单，维护方便，经济实用，操作简单等特点，生产的产品质量优良稳定、生产成本低、环保性能良好，相信搅拌站自动控制系统在未来会有更大的发展潜力[2]。1系统设计总体方案1.1控制方案论证就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。（1）继电器控制系统控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。（2）单片机控制单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。（3）工业控制计算机控制工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。（4）可编程序控制器控制可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可编程控制器(PLC)从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。故选择PLC来实施本次设计。(1)开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2)运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(3)闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(4)数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(5)通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.2混凝土搅拌站的组成近年来，随着我国经济发展及科学技术的进步，混凝土的生产从传统的施工体系中分离出来，是建筑工程生产管理的一项重大改革，也是现代混凝土技术成熟的标志。混凝土搅拌站的关键技术主要是搅拌系统和控制系统，搅拌系统国内产品已趋于成熟，控制系统有待于我们不断的深入和研究，对搅拌站来说，稳定性是最重要的，不能片面追求多功能及控制柔性而放弃稳定性，设计一种高可靠性、抗干扰能力强的控制系统显得尤为重要。搅拌站外观如图1-l所示，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。图1-1混凝土搅拌站组成示意图Fig.1-1Concretemixingstationcompositionschemes（1）料斗设备料斗设备由贮料斗、卸料设备闸门及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，并不是大众物料的贮存场所。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。给料机常用的是螺旋给料机，粉料水泥等采用螺旋给料机给料。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，精确而高效的称量设备不仅能提高生产率，而且是生产优质高强度混凝土的可靠保证。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，造上略有不同。首先是准确，其次是快速。为了适应各种不同的物料，秤斗在构水泥秤斗是圆形的，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。运输设备运输设备包括骨料运输设备、水泥输送设备以及水泵等。骨料运输设备有皮带机、拉铲、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，而且是一阶式搅拌站唯一可以采用的运输设备。水泥输送设备基本上有两种类型:机械输送系统和气力输送系统。机械输送系统由斗式提升机和螺旋输送机组成。气力输送系统是使水泥悬浮在空气中，将这种混合气体沿管道输送，它由喂料机、输送管道和收尘器组成。搅拌设备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、塑性及各种配比的混凝土，均能达到良好的搅拌效果[3]。1.3混凝土搅拌站的工作原理搅拌站进行混凝土生产时，首先将骨料(碎石、砂)通过物料输送机分别往各自的称量装置中输送，在骨料配料的同时在各自的秤斗中进行水泥、石子及砂子的称重和所需水的计量，待任意一种物料重量够时重量传感器会发出信号使料仓阀门打开，物料按一定的顺序送到皮带输送机上，待所有物料输送完毕经延时开启斗料提升机，使提升机中的混合物料卸入混合仓同时开启水泵阀门，待停止后启动搅拌电机进行搅拌，在搅拌机运行了规定的时间后，打开搅拌机的门进行卸料，搅拌机的门先半开，再全开，经搅拌机出料门卸入搅拌运输车完成一个循环。1.4混凝土搅拌站的工艺流程它是由供料、贮料、配料、搅拌、出料、控制等系统及结构部件组成，用于生产混凝土的成套设备。通过电动机启动顺序来达到控制效果，其工作过程如下：(1)首先同时启动水泥、砂、石子的输送机，向各自称重斗送料。(2)根据混凝土型号不同来配比每种物料重量，当任意一种物料重量够时，再停止输送机并打开料门的同时启动总皮带输送机。(3)总皮带输送机经延时后停止，并关闭水泥、砂、石子的料门。同时启动料斗提升电机。(4)在卸料的同时启动水泵和搅拌机。(5)搅拌电机启动，经延时搅拌后开启卸料阀门，延时再关闭。(6)若计数次数不够，则自动重复执行。1.5常规混凝土配合比常用等级C15：水泥强度：32.5Mpa卵石混凝土水泥富余系数1.00粗骨料最大粒径20mm塔罗度35~50mm每立方米用料量：水：180水泥：310砂子：645石子：1225配合比为：0.58：1：2.081：3.952砂率34.5%水灰比：0.58C20:水泥强度：32.5Mpa卵石混凝土水泥富余系数1.00粗骨料最大粒径20mm塔罗度35~50mm每立方米用料量：水：190水泥：404砂子：542石子：1264配合比为：0.47：1：1.342：3.129砂率30%水灰比：0.47C25:水泥强度：32.5Mpa卵石混凝土水泥富余系数1.00粗骨料最大粒径20mm塔罗度35~50mm每立方米用料量：水：190水泥：463砂子：489石子：1258配合比为：0.41：1：1.056：1.717砂率28%水灰比：0.41C30:水泥强度：32.5Mpa卵石混凝土水泥富余系数1.00粗骨料最大粒径20mm塔罗度35~50mm每立方米用料量：水：190水泥：500砂子：479石子：1231配合比为：0.38：1：0.958:2.462砂率28%水灰比:0.381.6控制系统整体结构该系统主要组成为可编程控制器，重量传感器，电动机，电磁阀，人机交互界面以及设备故障检测系统，报警系统等，主要由电动机和电磁阀来带动各个环节的工作，其结构框图如下：图1-2整体结构框图Fig.1-2Overallstructurediagram2系统硬件设计2.1可编程控制器目前生产PLC的厂家较多，产品型号、规格数不胜数，但主要分为欧、日、美三大块。在国内市场上，欧洲的代表是西门子公司，日本代表的是三菱和欧姆龙公司，美国代表的是AB和GE公司。目前在中国市场上最具竞争力的三菱公司、欧姆龙公司、西门子公司、AB公司所推出的PLC均为从小到大全系列的产品，可以满足各种各样的要求。可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。有以下几个特点：(1)编程方法简单易学梯形图是可编程序控制器使用最多的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程序控制器在执行梯形图程序时，应先用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。(2)功能强，性能价格比高一台小型可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。可编程序控制器还可以通过通信联网，实现分散控制与集中管理。(3)硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品己经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀、接触器等。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。(4)可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于继电器控制系统触点接触不良，容易出现故障。可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力(输入/输出是通过光电藕合器进行隔离)，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。可编程序控制器已被广大用户公认为是最可靠的工业控制设备之一。(5)系统的设计、安装、调试工作量少可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比继电器系统电路图的设计时间要少得多。可编程序控制器的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过可编程序控制器上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统要少得多。(6)维修工作量小，维修方便可编程序控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明产生故障的原因，用更换模块的方法迅速地排除故障。(7)体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~l/10。因为PLC的配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。2.1.1PLC机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。（1）结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。（2）功能强、弱适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用中低档的PLC。（3）机型统一PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，只适用于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。一个大型企业选用PLC时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。综合混合控制系统的控制要求和经济适用等多方面考虑，用整体性基本可以达到控制要求而且耗资低廉。（4）是否在线编程PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。离线编程的PLC，其主机和编程器共用物料混合控制系统采用离线编程（5）PLC的环境适应性由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作：温度工作温度0～55℃，最高为60℃储存温度-40℃～＋85℃湿度相对湿度5%～95%(无凝结霜)振动和冲击满足国际电工委员会标准电源交流200V，允许变化范围为-15%～＋15%，频率为47～53Hz瞬间停电保持l0ms环境周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择[4]。2.1.2PLC容量选择PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%～25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量I/O乘以8；对于有模拟量控制功能的PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，若备用的I/O点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%～15%考虑备用量。2.1.3I/O模块的选择PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。（1）确定I/O点数I/O点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O点数就可能有所不同。（2）开关量I/O标准的I/O接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流I/O信号为24～240V（AC），直流I/O信号为5～24V（DC）。（3）选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑：一是根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电平的高低。一般24V以下属于低电平，其传输距离不宜太远。如12V电压模块一般不超过10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。二是高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60%。（4）选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考虑：一是输出方式选择。输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。其中，继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交／直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1Hz。晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高反电压，必须采取抑制措施。二是输出电流的选择。模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。三是允许同时接通的输出点数。在选用输出点数时，不但要核算一个输出点的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流值[5]。2.1.4电源模块的选择电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。另外不仅要满足需要，还要力争最佳的性价比。具体应考随着PLC技术的发展，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日益完善。PLC的种类繁多，其结构、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，当然使用场合也有所不同。因此选择合理的PLC对提高PLC控制系统技术经济指标意义重大。因此在选择机型时不仅要满足其功能要求及维护等方面的考虑：（1）合理的结构形式（2）安装方式的选择（3）相当的功能要求（4）系统可靠性的要求综合以上多种因素我选择日本三菱公司推出的因为日本三菱公司推出的FX2N系列可编程序控制器。FX2N型PLC按品种可分为基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊扩展设备。基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成，只有基本单元可以单独使用，当输入输出点数不足时可以进行扩展。扩展单元由内部电源、内部输入输出组成，需要和基本单元一起使用。扩展模块由内部输入输出组成，自身不带电源，由基本单元、扩展单元供电，需要和基本单元一起使用。特殊扩展设备可分为3类：特殊功能板、特殊模块和特殊单元，是一些特殊用途的装置。特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等，特殊模块主要有模拟量输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块，特殊单元用于定位脉冲输出。图2-1FX2N系列PLC示意图Fig.2-1FX2NseriesPLCschemesFX2N型PLC的功能很强，基本单元输入输出点在16—128之间，最多可以扩展到256点，编程指令也很强，运行速度也很快，可用于要求很高的场合。而且FX2N型可编程控制器上设置有4个指示灯，以显示PLC的电源、运行/停止、内部锂电池的电压、CPU和程序的工作状态。根据工业混合搅拌控制系统的设计需求我选用FX2N-48MR-001(输入24点/输出24点)PLC作控制单元来控制整个系统。其主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、存储器、输入／输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口[6]。(1)中央处理单元（CPU)CPU一样，PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等(2)存储器存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。图2-2 PLC机构图Fig.2-2PLCorganizationchart(3)I/O模块输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件。起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。(4)电源模块输入、输出接口电路是PLC与现场设备相连接的部件。它的作用是将枪入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。(5)特殊扩展设备由于本系统有压力传感器等模拟量输入设备，所以还应有模拟量输入输出的特殊扩展模块，把输入输出的模拟量信号转化为数字量信号[7]。2.2选择接触器接触器是一种自动化的控制电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。选用CJX1-16，220V型接触器，如图2-3所示：图2-3CJX1-16，220V型交流接触器Fig.2-3CJX1-16,220Vtypeaccontactor2.2.1用途CJX1系列交流接触器(以下简称接触器)适用于交流50Hz或60Hz，压至660V，额定绝缘电压至660V；电流9～475A（380V、AC-3使用类别）的电力线路中供远距离接通或分断电路之用，可频繁地起动及控制交流电动机。适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。2.2.2工作条件海拔高度不超过2000米；周围环境温度：-25～+40℃；空气相对湿度：在40℃时不超过50%，在较低温度下允许有较大的相对湿度；大气条件：没有会引起爆炸危险的介质，也没有会腐蚀金属和破坏绝缘的气体和导电尘埃。安装位置：安装面与垂直面的倾斜度不超过±5°；在无显著摇动和冲击的地方；在没有雨雪侵袭的地方；控制电压允许变动范围：85%～110%US。2.2.3结构特征总体结构：接触器为E字形铁芯，双断点触头的直动式运动结构。接触器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入接触器活动部位。接线端有罩盖，人手不会直接接触带电部位，可确保使用安全。接触器外形尺寸小巧，安装面积小。安装方式可用螺钉坚固，9~38A也可扣装在35毫米宽的标准安装导轨上，具有装卸迅速、方便之优点。触头系统：主触头、辅助触头均为桥式双断点结构，触头材料由导电性能优越的银合金制成，具有使用寿命长及良好的接触可靠性，灭弧室成封闭型，并由阻燃性材料阻挡电弧向外喷溅，保证人身及邻近电器的安全。磁系统：9～38A接触器的磁系统是通用的，电磁铁工作可靠、损耗小、具有很高的机械强度，线圈的接线端装有电压规格的标志牌，标志牌按电压等级著有特定的颜色，清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁[8]。2.3气缸与电磁阀2.3.1气缸气缸是引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等。料仓仓门的开闭控制用气缸带动。2.3.2电磁阀水泵阀门和混合仓卸料阀门都用电磁阀控制，我选用ZCS大通径膜片式电磁阀：型号:BZCS-K-F公称通径:大通径DN40~350（mm）适用介质:空气,水,中性流体和气体压力范围:常压0.1~1.6Mpa（Mpa）适用温度:常温-40~60℃（℃）材质:铜/铸铁/铸钢/不锈钢结构形式:先导膜片式膜片结构传动形式:电动密封形式:硬密封型压力环境:低压工作温度:常温结构特点：先导膜片式膜片结构，密封性好;介质洁净度要求较低通用性强，价格实惠;二十多年实际应用，品质可靠产品用途：应用于楼宇自控、暖通空调、水厂、电厂、水利工程、环保水处理、太阳能设备、除尘吹灰、石油化工等行业。2.4选择搅拌电动机三相异步电动机应用非常广泛，因而正确的选择电动机显得极为重要。三相异步电动机的选择包括它的功率、种类、方式、电压和转速等。2.4.1功率选择合理选择电动机的功率是运行安全和经济的可靠保证。所选电动机的功率是由生产机械所需的功率确定的。（1）连续运行电动机功率的选择原则：对于连续运行的电动机，若负载是恒定负载，先算出生产机械的功率，所选电动机的额定功率稍大于或等于生产机械功率，（即若负载是变化的，计算比较复杂，通常根据生产机械负载的变化规律（负载图）求出等效的恒定负载，然后选择电动机。）（2）短时运行电动机功率的选择原则：通常是根据过载系数λ来选择短时运行电动机的功率。（原因由于发热惯性，在短时运行时可以容许过载。工作时间愈短，过载可以愈大。但电动机的过载是受限制的）电动机的额定功率是生产机械所要求功率的1/λ。2.4.2电压和转速的选择电压等级选择原则：要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。Y系列笼型电动机的额定电压只有380V一个等级；大功率异步电动机才采用3000V、6000V的电压等级。转速选择原则：根据生产机械的要求而选定。图2-4电动机型号为Y90S-6/0.75KWFig.2-4MotormodelforY90S-6/0.75KWY系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围80-315，是全国统一设计的系列产品。Y系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准。采用B级绝缘、外壳防护等级为IP44，冷却方式IC418[9].2.5称重传感器2.5.1称重传感器的介绍在混凝土配料过程中，混凝土原料的称量普遍由电子秤称量系统来完成。称重传感器技术是电子称重技术的重要基础，同时称重传感器是电子衡器和电子称重系统的核心部件。称重传感器是一种力传感器，通过把被测量质量转换成另一种被测量来测量质量的传感器。称重传感器是电子秤的重要部件，它把被称物体的重量转换成电信号，经过处理后指示出来。因此它的优劣在很大程度上决定了电子秤的精确度。近年来，电子称重技术和电子衡器产品的一个重要发展方向，就是从静态称重向快速称重、低速动态称重和动态称重方向发展，应用领域不断扩大。对称重传感器除准确度高，稳定性好，工作寿命长等要求外，还提出许多新要求，主要是耐压、防爆、防腐蚀、耐高温、动态响应快、稳定时间短等。2.5.2称重传感器的分类及特性称重传感器也叫压力传感器，从压力传感器将压力转化成电量的途径来看，主要有电容式、电感式、和电阻式三种，另外还有电磁感应、压阻效应、压电效应和光电效应式等等。其典型结构和特性如下：(1)压阻式：体积小，灵敏度高，频响宽，可测直流信号，线性度高，坚固，抗过载能力强，输出稳定性高，输出阻抗低，低功耗；缺点是温度系数较大，需加补偿；(2)压电式：体积小，重量轻，结构简单，牢固，工作可靠，抗干扰性强，耐冲击，测量频率范围宽；缺点是不适于静压测量，对振动、温度和电磁场比较敏感，需要采用一些抗干扰措施；(3)电容式：灵敏度高，性能稳定，频率响应宽，结构简单，抗过载能力强，并可在高温、低温、强辐射等恶劣环境下工作；缺点是输出阻抗高，传感器与测量电路的连接导线上寄生电容影响大，输出非线性严重；(4)半导体应变片式：小型，轻巧，可靠性高，线性较好，耐振性强，响应频率高，正负压均为测量，在微压范围内无蠕变现象；(5)金属箔丝应变片式：精度高，体积小，重量轻，测量范围宽，固有频率高，耐冲击；缺点是输出信号小，受温度影响大，需温度补偿(6)差动变压器式：灵敏度高，结构简单，测量范围大，测量电路简单；缺点是存在零点输出，体积较大(7)电感式（气隙式）：简单可靠，输出功率大，可采用高频电源；缺点是线性范围不大，输出量与电源频率有关，要求电源的频率稳定；(8)压磁式：负荷大而变形小，能耐恶劣环境，输出功率大，信号强，结构简单，抗干扰性能好，过载能力强，便于制造；缺点是测量精度一般，频响较低；(9)电位器式：结构简单，抗电磁干扰性好，使用维护方便；缺点是精度低，不耐冲击振动，寿命短；(10)霍尔式：灵敏度较高，测量仪表简单，能远距离指示和记录，可配用动圈仪表指示；(11)力平衡式：线性度较好，位移量小，可减小弹性迟滞及回程误差。称重传感器是将料斗及料斗中的原料重量变换成电信号，传感器选择得是否合适，对配料控制器的控制精度、成本均有非常大的影响，因此结合料斗的结构特点和工作原理，选用了电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器主要有以下优点：(l)精度高，测量范围广。(2)频率响应好。(3)结构简单，尺寸小，重量轻，安装简便。(4)可在高温、低温、高压、强烈振动、强磁场及核辐射等恶劣环境下工作。2.5.3电阻应变式称重传感器的工作原理电阻应变片是用直径为0.025，具有高电阻串的电阻丝制成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅网状，称为敏感栅，并粘贴在绝缘的基片上。电阻丝的两端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层。用应变片测量时，将其粘贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，这是用来直接测量应变。常规的电阻应变片灵敏度系数s。很小。机械应变ε=△l∕l一般在10-6-10-3范围内，故电阻应变片的电阻变化(△R=Rs0ε)范围为5×10-4—10-1桥式测量电路由电阻R1、R2、R3和R4顺序连成一个环形，每一个电阻都是电阻应变片。在对角线上安上电源，当四个桥臂电阻达到某一关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出。可利用灵敏检流计来测量输出电压，因此电桥能够精确地测量微小的电阻变化。在一般情况下，输出电压U0可以用UBC和UAC之差表示U0=UBC-UAC=(3-1)为了使测量前电桥保持输出为零(电桥平衡)，应使R1R3=R2R4(3-2)通过恰当地选用各个桥臂的电阻，便可消除电桥的恒定偏移输出，使输出电压只与应变片的电阻变化有关。根据分析可知，在满足式(3-2)的条件下，当每个桥臂电阻变化远小于本身值时，即从△Ri<<Ri，桥路负载电阻无限大时，输出电压可近似用下式表示U0=(3-3)桥式测量电路在实际应用中可分为下面三种情况：(l)对称情况(对于电源U左右对称)即有R1=R2，R3=R4。此时，式(3-3)可以写成（3-4）通常情况下，只是在两臂接入应变片(例如R1、R2，称为“半桥”），另外两臂为固定电阻（无电阻变化△R3=△R4=0）。非对称情况此时R1=R4，R2=R3。如令R2/R1=R3/R4=α,这时式（3-4）可以写成（3-5）如R1和R4为应变片，则△R2=△R3=0。(3)全等情况此时R1=R2=R3=R4。这时输出电压公式与（3-4）相同。如果四臂都是应变片(全桥)，则将△Ri∕Ri=s0εi带入式（3-4）得（3-6）式中—各电阻应变片的应变值全桥电路的优点是可大大提高测量灵敏度。在应用用式(3-6)时，应注意电阻变化和应变值之间的符号。如果是压应变则用负的应变值代入;拉应变则用正的应变值代入。电桥的输出电压一般不与应变片的应变成正比，即电桥的非线性。公式(3-3)实际上是近似公式，其精确的公式为（3-7）式中—二阶非线性项非线性稀疏值为（3-8）当电阻应变较小时，其值接近于零，可以忽略不计。对于常规应变片因灵敏系数较小，故即使应变相当大时，非线性也是很小的，通常可以忽略不计。在使用半导体应变片测量较大的应变时，非线性往往大到不能护理的程度，需要对测量值进行修正，或在电路上采取线性补偿措施。在半桥电路中，如果两应变片的应变绝对值相等符号相反，则非线性大大降低。上面讨论的是当电桥负载电阻无限大时的情况。当负载电阻为有限值R时，电桥输出电流可用下式计算（3-9）当R1R3=R2R4时，电桥平衡，I=0。如要计算应变片电阻变化时的输出电流，可将代入上式的Ri即可。在应用电桥电路测量前应先使电桥调零，对于直流电桥只考虑电阻即可。对于交流电桥不仅对电阻进行平衡，还必须对电抗分量进行平衡(主要是对连结导线和应变片的分布电容进行平衡)。温度变化会引起应变电阻变化，对测量造成误差。在桥路输出中，消除这种误差以求出仅由应变引起的电桥输出的方法叫温度补偿。利用电桥相邻相等两臂同时产生大小相等、符号相同的电阻增量不会破坏电桥平衡(无输出)的特性来达到补偿。将两个特性相同的应变片用相同的方法粘贴在同样的两个试件上，置于相同的环境温度中，一个承受应力，为工作片，另一个不受应力，为补偿片。在测量时，如温度变化，两个应变片引起的电阻增量不但符号相同而且数量相等。由于它们接在电桥的相邻两臂上，桥路仍然平衡。电桥如有输出，则完全由应变引起的。此法亦适用于全桥，桥路补偿简单，在常温下效果好。如补偿片和应变片所处温度不能保证完全一致时，则影响补偿效果[10]。2.6热继电器与报警器2.6.1热继电器热继电器主要用于电气设备（主要是电动机）的过负荷保护。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三项异步电动机的过负荷和断相保护。（1）结构组成：它由发热元件、双金属片、触点及一套传动和调整机构组成。发热元件是一段阻值不大的电阻丝，串接在被保护电动机的主电路中。双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。图中所示的双金属片，下层一片的热膨胀系数大，上层的小。当电动机过载时，通过发热元件的电流超过整定电流，双金属片受热向上弯曲脱离扣板，使常闭触点断开。由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的，它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电，从而接触器主触点断开，电动机的主电路断电，实现了过载保护。热继电器动作后，双金属片经过一段时间冷却，按下复位按钮即可复位。（2）工作原理：热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。使用热继电器对电动机进行过载保护时，将热元件与电动机的定子绕组串联，将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，并调节整定电流调节旋钮，使人字形拨杆与推杆相距一适当距离。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，使推杆刚好与人字形拨杆接触，而又不能推动人字形拨杆。常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过热继电器元件中的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动机停车而得到保护。热继电器其它部分的作用如下：人字形拨杆的左臂也用双金属片制成，当环境温度发生变化时，主电路中的双金属片会产生一定的变形弯曲，这时人字形拨杆的左臂也会发生同方向的变形弯曲，从而使人字形拨杆与推杆之间的距离基本保持不变，保证热继电器动作的准确性。这种作用称温度补偿作用。（3）断电保护功能：有些型号的热继电器还具有断相保护功能。热继电器的断相保护功能是由内、外推杆组成的差动放大机构提供的。当电动机正常工作时，通过热继电器热元件的电流正常，内外两推杆均向前移至适当位置。当出现电源一相断线而造成缺相时，该相电流为零，该相的双金属片冷却复位，使内推杆向右移动，另两相的双金属片因电流增大而弯曲程度增大，使外推杆更向左移动，由于差动放大作用，在出现断相故障后很短的时间内就推动常闭触头使其断开，使交流接触器释放，电动机断电停车而得到保护[11]。2.6.2报警器本系统采用一个红色信号灯和一个蜂鸣器的组合作为报警器。（1)信号灯也叫指示灯，主要用于在各种电气设备及线路中作电源指示、显示设备的工作状态以及操作指示等。信号灯发光体主要有白炽灯、氖灯、和发光二极管等。信号灯有持续发光和断续发光两种发光形式。本系统采用AD11-22∕41-7GZ型号的信号灯，如图所示：图2-5AD11-22∕41-7GZ型号信号灯示意图Fig.2-5AD11-22/41-7GZmodellightsschemes圆平形，额定电压交流220,380V，额定电流15mA备注：①超短后座型②接线为防触电结构③防护等级IP65(加密封圈)（2)同时系统采用AC220V红色LED蜂鸣器型号为：AD38-22MD-09R基本特征：①额定电压：AC：6V-500V；DC：6V-220V；②电流：13mA-18mA；③主要材料：耐温，阻燃PC，PA6G30环保塑料；④光亮度：>60cd/m2；⑤连续工作寿命：3000/h。2.7PLCI∕O点分配2.7.1分析确定系统输入输出本设计设计为混凝土的四种材料水泥、砂、石子和水混合搅拌控制，其元件、要求如下：该系统有三个称量传感器：水泥称量传感器SQ1，砂称量传感器SQ2，石子称量传感器SQ3。当水泥的重量到达指定重量时SQ1就会发出ON的信号，若低于指定重量时为OFF;当砂的重量达到指定重量时SQ2就会发出ON的信号，若低于指定重量则为OFF；当石子的重量达到指定重量时SQ3就会发出ON的信号，若低于指定重量则同样为OFF。该系统还有六个电动机：水泥运料电机M1，砂运料电机M2，石子运料电机M3，皮带输送电机M4，斗料提升机M5还有搅拌电机M6.刚开始往称量料仓里输送物料时M1、M2、M3运作，当各自物料重量到达指定重量时三台电机分别停止运作。经延时后M4运作，经延时M4停止M5运作，M5遇到限位开关停止经延时反转，接着M6运作搅拌。该系统还设置了三个气缸和两个电磁阀作为料仓和水泵的控制，水泥料仓仓门控制气缸YV1,砂料仓仓门控制气缸YV2，石子料仓仓门控制气缸YV3，还有水泵控制电磁阀YV4和混合仓卸料电磁阀YV5。确定输入输出设备：输入设备：启动按钮SB1,停止按钮SB2，称量传感器SQ1、SQ2、SQ3，提升机限位开关S1、S2，故障检测输入信号L1。输出设备：控制三台运料电机的接触器KM1、KM2、KM3，控制三个称量料仓的气缸YV1、YV2、YV3，皮带输送电机的接触器KM4，控制斗料提升机正反转的接触器KM5、KM6，水泵电磁阀YV4，搅拌电机接触器KM7，混合仓卸料电磁阀YV5，还有报警所用到的信号灯HL，蜂鸣器HA。2.7.2I∕O点分配表表2-1I∕O输入点分配表Tab.2-1TheI/Oinputpointdistributionlist器件代号PLC地址分配功能说明SB1X000启动按钮SB2X001停止按钮SQ1X002水泥称量传感器SQ2X003砂称量传感器SQ3X004石子称量传感器S1X005斗料提升机限位开关S2X006斗料提升机限位开关FRX007热继电器保护表2-2I∕O输出点分配表Tab.2-2TheI/Ooutputpointdistributionlist器件代号PLC地址分配功能说明KM1Y000水泥运料电机接触器KM2Y001砂运料电机接触器KM3Y002石子运料电机接触器YV1Y003水泥料仓门控制气缸YV2Y004砂料仓门控制气缸YV3Y005石子料仓门控制气缸KM4Y006皮带输送机接触器KM5Y007斗料提升机正转接触器KM6Y010斗料提升机反转接触器YV4Y011水泵电磁阀KM7Y012搅拌电机接触器YV5Y013混合仓卸料电磁阀HLY014报警器信号灯HAY015蜂鸣器2.8PLC接线图图2-6PLC接线图Fig.2-6PLCthewiringdiagram2.9系统主电路图图2-7主电路图Fig.2-7Thecircuitdiagram3系统软件设计根据工业混合搅拌站的总体控制要求，确定搅拌站正常工作时的具体流程，画出程序流程图，然后再确定系统出现故障时的报警过程，最后梯形图的分析设计法分别设计出程序梯形图。3.1分析系统详细工作流程其详细控制流程如下：初始阶段所有设备都是停止的，送料电机M1、M2、M3关闭；按下启动按钮SB1，送料电机M1、M2、M3同时启动，系统开始往称量料仓送料；当水泥重量足够时，SQ1动作发出ON的信号，此时YV1动作，水泥料仓打开，同时M1关闭M4启动，皮带输送机开始输送；T0延时5s后，YV1关闭；当砂重量足够时，SQ2动作发出ON的信号，此时YV2动作，砂料仓打开，同时关闭M2；T1延时5s后，YV2关闭；当石子重量足够时，SQ3动作发出ON的信号，此时YV3动作，石子料仓打开，同时M3关闭，T2、T3同时开始延时；T2延时5s后，YV3关闭，T3延时15s后，M4停止，皮带输送机停止，同时启动斗料提升机M5和水泵YV4，T4开始延时；当M5碰到限位开关S1，S1动作T5开始延时；T5延时5s待物料倒尽后开始反转，碰到限位开关S2停止；T4延时2分钟后，YV4关闭同时搅拌电机M6启动开始搅拌；T6延时30s后，M6停止，同时打开卸料电磁阀YV5开始卸料；T7经延时20s后卸料完成关闭YV5，开始下一循环。3.2程序流程图图3-1流程图Fig.3-1Flowchart3.3程序梯形图3.4程序指令LDIX001MPSLDX000ORY000ORY001ORY002ANIM0OUTY000ANIM1OUTY001ANDM3OUTY002MRDLDX002ORM0ORY006OUTM0OUTT0K50ANIT0OUTY003ANIT3OUTY006MRDLDX003ORM1OUTM1ANIT1OUTY004OUTT1MRDLDX004ORM2OUTM2ANIT2OUTY005OUTT2K50OUTT3K150MRDLDT3ORY007ANIX005ANIY010OUTY007ANIT4OUTY011OUTT4K1200MRDLDX005OUTT5K50MRDLDT5ORY010ANIY007OUTY008MRDLDIX006OUTY008MRDLDT4MPSLDIT6OUTY012MPPOUTT6K300MPPLDT6MPSLDIT7OUTY013MPPOUTT7K200END3.5启动报警电路为了保证运行安全，许多大型生产机械在运行启动之前需用蜂鸣器或电铃发出警报信号，预示机器即将启动，警告人们迅速退出危险地段[12]。3.5.1启动报警控制要求该启动报警电路要求是在按下启动按钮后蜂鸣器响3s，然后三台送料电机启动，设备开始运行，同时蜂鸣器安静。3.5.2启动报警控制梯形图3.5.3程序指令LDX000ORY013ORY000ORY001ORY002ANIX001MPSOUTT8K30ANIT8OUTY013ANDT8OUTY000ANDT8OUTY001MPPANDT8OUTY0023.6故障报警电路梯形图及程序指令3.6.1报警器工作要求当热继电器检测到过载、过电流等故障时，信号灯亮同时蜂鸣器响，在30s内按下停止按钮，则信号灯灭同时蜂鸣器安静，系统停止工作。30s后自动停止警报。3.6.2报警器梯形图3.6.3报警器程序指令LDX007ORY012ORY013ANIX001OUTT9K300MPSANIT9OUTY012MPPANIT9OUTY0134系统的调试4.1硬件测试在连接每条电线之前先用电池和小灯泡实验电线是否完好无损，在确定完好的情况下进行连线，在连线完毕后仔细检查每条线路是否正确，错误的即时修改，在确保每条线路都连接正确后还要仔细检查导线与引脚之间裸露部分有无相互接触现象，有松动的情况插紧。4.2软件测试用小开关和按钮来模拟PLC实际的输入信号，观察输出信号是否满足设计的要求。我们用不同颜色的小灯来作为混凝土搅拌站各个工作环节的指示灯，指示灯亮表示这个环节工作，指示灯不亮表示这个环节没工作。主要环节有三个送料电机、三个料仓气缸门、皮带输送机、斗料提升机正转和反转、水泵电磁阀、搅拌电机还有卸料电磁阀。然后在编程软件中，输入已编好的程序梯形图，可用梯形图来监视程序的运行，观察各个工作环节指示灯的变化，按下开始按钮观察送料电机指示灯是否亮，然后当料仓气缸门指示灯点亮时送料电机指示灯是否熄灭，在最后一个料仓门打开时经过延时输送电机指示灯是否熄灭等等，调试报警电路时观察在报警器响5s后是否所有工作环节的指示灯都灭了。也可用指令监视参数或变量。如果程序中某定时器或计数器的设定值过大，在调试时将它减小，调试完成后恢复其原值。4.3综合调试一个成型的系统，他的各个部分组成一个有机的整体，他包括了硬件和软件两个部分，他们是不可分割的整体。软硬件结合以后就要上电调试了，调试的前提首先就是要保证各个器件的供电正常，否则可能会出现一些无法挽回的错误，尤其是第一次上电时，更应注意电压是否符合要求，正负极是否反接等问题的出现。如果调试中发现不能实现预期的结果，就要重新调试软硬件[13]。5系统抗干扰性的分析与维护由于PLC是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工业环境中。但如果工作环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使PLC引起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作，就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常必要的。5.1外界干扰的主要来源(1)电源的干扰供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。(2)感应电压的干扰PLC周围邻近的大容量设备启动和停止时，因电磁感应引起的于扰；其它设备或空中强电场通过分布电容串入PLC引起的干扰。(3)输入输出信号的干扰输入没备的输入信号线间寄生电容引起的差模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰；在感性负载的场合，输出信号由断开一闭合时产生的突变电流和由闭合一断开的反向感应电势以及电磁接触器的接点产生电弧等产生的干扰。(4)外部配线干扰因各种电缆选择不合理，信号线绝缘降低，安装，布线不合理等产生的干扰。5.2主要措施1)对电源的处理电源是干扰进入PLC的只要途径之一，主要通过供电线路的阻抗祸合产生的。可在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，屏蔽层应可靠接地。2)输入保护的可靠性措施PLC受到强烈的干扰，使PLC产生误动作。(1)对于用长线引入PLC的开关信号，用小型继电器来隔离。开关柜内和距开关柜不远的输入信号一般不用继电器来隔离。(2)为了提高抗干扰能力和防雷击，PLC和计算机之间的串行通信线路采用带光祸合器的通信接口，必要时增加一个避雷器3)输出保护的可靠性措施(1)直流电路两端并联续流二极管。直流输出保护电路如图所示。图5-1直流输出保护电路Fig.5-1Dcoutputprotectioncircuit(2)交流电路并联阻容电路，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响。交流输出保护电路如图所示。图5-2交流输出保护电路Fig.5-2Acoutputprotectioncircuit(3)在负载要求的输出端设置外部继电器。因为PLC输出模块内的小型继电器一般不能直接用于直流220V电路中，必须用PLC驱动外部的继电器，用外部继电器的触点驱动直流220V负载。4)PLC的接地措施(1)PLC与强电设备最好分别使用接地装置，接地线的截面积应大于2，，接地点与PLC的距离应小于50m。(2)各控制屏相距甚远，系统将弱电信号的内部地线接通，用规定截面积的导线统一接地[14]。6技术经济分析此次设计的混凝土搅拌器系统采用可编程控制器进行自动控制，适用于广大建筑工地混凝土的搅拌。因为混凝土与建筑息息相关，所以混凝土搅拌设备自动化的提高也就意味着效率的提高，所以对整个工业建设是很重要的。本系统综合成本预算和技术层面的分析决定采用日本三菱FX2N系列PLC作为整个系统的控制中心。该系列PLC最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。一台约1980元。接触器一个约为50元，共七个需用350元。电磁阀每个约200元，两个400元。气缸每个约300元，共三个900元，电动机每个约300元，共六个1800元。称重传感器三个约300元。再加上一些其他的小器件整个系统大约6000元的成本。这与一般大型搅拌站对比来看是既经济又实用的，相对于这个系统对整个工程项目效率提高所带来的利润是很小的。7结论本文内容是用PLC控制的的混凝土搅拌器的设计，整个论文在满足搅拌站的工艺要求下，主要完成了的硬件平台的配置和控制程序的开发。希望对混凝土搅拌站控制系统的研究起到积极的作用。本文从混凝土搅拌站的产生、发展、结构及工艺流程的介绍分析开始进行了全局的研究设计。首先对搅拌站的整体设计方案进行了分析。然后对控制系统的硬件需求进行讨论，根据设计方案分析构建混凝土搅拌站控制系统硬件方面的具体计设计要求、实现方式，详细介绍了控制系统的各种主要硬件。接着对构建搅拌站日常的具体控制流程进行了阐述，通过控制流程画出了流程图，又根据流程图设计出了程序梯形图以及程序指令。又对系统出现故障时报警器的工作提出了要求，并根据要求设计出了程序梯形图和程序指令。最后对系统的调试和保护措施进行了介绍，并针对控制系统的特点，作出了具体的实现和验证。从测试的结果来看，系统基本上达到了设计要求。通过研究设计本文期望的PLC控制的搅拌站系统能实现以下目的:通过现场控制，实现送料、称量、输送、搅拌及卸料等混凝土生产全过程的全部自动控制；系统出现故障时能够及时报警并在短时间内自动停止工作并且系统具有较好的抗干扰性能。致谢经过一个学期的努力，我终于顺利的完成了我的毕业设计论文。首先，我要特别感谢我的指导老师邓小云老师。在我撰写论文的过程中，邓老师放弃了自己宝贵的休息时间，在晚间不厌其烦的给我答疑解惑，无论是在论文的构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了邓老师细心、耐心地辅导和热情的帮助，她指导我搅拌系统应该怎样工作，建议我去真实的搅拌站去研究调查并且在程序控制方面给我了很多实用的见解。她广博的学识、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风深深影响了我，使我终身受益。在此我表示真诚地感谢.同时，在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。最后，我向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！参考文献[1]李超.混凝土搅拌站的研制与发展.建设机械技术与管理,1996.[2]林国健.混凝土搅拌站的技术改造.建筑机械化,2005.[3]周秀君.基于PLC的混凝土搅拌站控制系统设计.广东工业大学,2008.[4]许多主编.浅谈的发展趋势[J].甘肃科技,2004.[5]JinjiaoZhang,BinfangWuSchoolofMechanicalEngineeringHubeiUniversityofTechnologyWuhan.StudyCommunnicationbetweenVFPandMitsubishiFXSerialPLC.2010InternationalConferenceonE-healthNetworkingDigitalEcosystemsandtechnologiesProceedings,2010.[6]陈建明主编.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社,2006.8[7]范永胜王岷编.电气控制与PLC应用.中国电力出版社,2007.[8]郭宗仁吴亦锋郭永主编.可编程控制器应用系统设计及通信网络技术.[M].北京：人民邮电出版社，2002.9.[9]郝丽娜巩亚东李虎编著.机械装备电气控制技术.科学出版社，2006.[10]徐科军主编.传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2006.[11]陈在平等编著.可编程控制器-（PLC）系统设计.电子工业出版社，2007.[12]于庆广主编.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.[13]黄海平曲海波编.常用电工控制线路实例.科学出版社，2009.[14]李凤阁佟为明等编著.电气控制与可编程控制器应用技术.机械工业出版社，2007.附录A国际标准的发展促进国内PLC的研究在该领域的PLC，标准化进程，国际一级的进展十分缓慢。EMC的实验室，华北电力大学收到了任务，制定一个测量方法，为外地辐射装置用PLC和标准，用于在今后的监管的PLC部署。在简短的介绍了标准化进程在国际水平,提出了测量表现与华北电力大学由于辐射领域的可编程序控制器(PLC)。1.导言在过去6至7年，可行性研究已经完成在不同国家，以检查是否有可能利用低压配电网络，使数据传输和电话联系，最终也对个人客户的频率高达30MHz的。这一新技术被称为电力线通信（PLC）的。这种应用是特别有趣的是电力，一方可以以这种方式进入电信市场，并利用其网络，电力网络的数据传输，另一边可以使用此技术来控制自己的网络。然而，这种传输模式中频段从6月1日至30兆赫的各种礼物和相当复杂的电磁兼容问题。主要的问题isproduction的网络中的干扰和环境。2.干扰源干扰的来源都是辐射，并进行：-排放的电磁噪声，可干扰无线电通讯的安全或军事用途，或干扰无线电业余爱好者；-进行差分和共模电流可以穿透任何设备连接到网络中，公司正在努力。骚乱有两种类型的来源；-信号源的不对称，由于耦合不对称；-不平衡的低压配电网（LVDN），因此一个共同的模式，以差模转换。转换差别的共同模式由于网络不平衡分析了各种文件，例如在不同的解决方案已经缓解还提议在文献，但研究工作必须进一步继续。3.标准化在国际一级关于电磁兼容问题，在国际层面上，两种类型的标准，必须制订：-产品标准；-网络标准。3.1产品标准产品标准应修改CISPR22标准的任务是小组委员会的CISP。第一个想法是的概念扩大纵向转换损耗（柜）具体对称双丝电信的非对称电网。表现在各种测量电力网络，因为这些显示图，给予了大量的传播拼箱值。这是不可能达成协商一致的概念基础上拼箱值，用于计算的电压限制在港口的设备连接到网络，但这个概念已经被确立为案件电信线路。经过大约4年的工作和一系列文件光盘（委员会草案）阶段，这一概念没有找到所要求的合格的多数批准的CISPR/我/虽然，它发现了多数人的赞同在工作组内。这是决定重新开始新的工作评价的基础。一项新的工作项目提案（NWIP）是由法国国家委员会，并核准于2005年4月这项工作将无法集中更多的拼箱价值，但将努力：-描述了典型的电力设施的地方是连接PLC设备；-确定潜在的不安服务/设备为每个典型部分电力设施上文所述；-评估的保护水平，目前提供的CISPR22为每个设备/服务；-建立辐射和排放量进行限制，每一个典型的电力安装一节时，PLC的运行。这项工作开始于2005年6月，目前正在取得进展。3.2网络标准欧盟委员会已经于2001年发布的任务313使CENELEC和ETSI的任务是制定标准，确定排放限值的所有通信网络，包括PLC的不同的限制提出了不同的国家（德国，英国，挪威）和实体（CENELEC，催化裂化，英国广播公司）。之间的分歧的各种建议是相当大，因此无法达成共识。联合工作组的ETSI/CENELEC编制了若干草案，这都没有得到批准的全国委员会。4.PLC的活动在华北电力大学4.1授权的电磁兼容实验室在我国，电信中心，中国国家电网公司是监督部署对整个国家作为一个供应商的服务，而不是作为一个监管机构。电信中心已考虑到电磁兼容实验室的华北电力大学开发的任务：-一种测量方法的领域；-一个标准的，应在将来使用，以此为基础的PLC部署。这些研究的贡献，连同其他研究活动在欧洲象欧洲项目歌剧，向国际标准的发展。4.2实验测量为了模拟PLC的经营环境，实验网络正式成立。转换电场是由乘以测量值的真空阻抗（377欧姆）。显然，在不久的领域，其价值的真空阻抗高于377欧姆和更好的方法来转换磁场对电场在这种配置目前正在研究。作为一个对PLC的调制解调器