【基于PLC的混凝土搅拌站控制系统设计与实现11000字（论文）】

基于PLC的混凝土搅拌站控制系统设计与实现目录TOC\o"1-3"\h\u131471绪论 [7]模拟输入或输出信号对电子噪声很敏感，因此不要将这些模拟输入或输出信号线连接在一起，以避免可能的干扰。配料控制器的电源线必须远离交流电源，并尽量缩短所有电线或同轴电缆的长度。表5.4参数表2数字部分重量显示7段发光二极管LED显示采用双显示方式负数显示左边数位显示“─”号小数点位置可选择3个不同位置输出容量开集极输出，24V，0.3A模拟部分适用传感器类型适用于所有应变桥式传感器传感器输入电压直流9伏，可提供电流150毫安输入阻抗大于10兆欧采样速度每秒105次显示分度数8000个分度5.2控制系统主回路在本设计的控制系统主回路选用以下硬件，具体如下：电机（M）：M1为搅拌电机用于搅拌料仓内的骨料和物料M2为翻斗机电机用于翻斗机的卸料与上升。M3为沙料传送带电机用于传送沙料至料仓。M4为石料传送带电机用于传送石料至料仓。热继电器（FR）：FR1为搅拌电机过载热继电器，启动过载保护电机。FR2为翻斗机电机过载热继电器，启动过载保护电机。FR3为沙料传送带过载热继电器，启动过载保护电机。FR4为石料传送带过载热继电器，启动过载保护电机。中间继电器（KM）:KM1是搅拌电机启动接触器，可以启动停止搅拌站工作。KM2是翻斗机电机启动接触器，可以启动停止翻斗机工作。KM3是沙料传送带启动接触器，可以启动停止沙料传送带输送。KM4是石料传送带启动接触器，可以启动停止石料传送带输送。断路器（QF）:QF1是总断路器，可以通断整台设备。QF2是搅拌机电机回路断路器，可以通断搅拌机电机。QF3是翻斗机回路断路器，可以通断翻斗机电机。QF4是沙料传送带回路断路器，可以通断沙料传送带电机。QF5是石料传送带回路断路器，可以通断石料传送带电机。变频器（ACS400）：对回路中的电机实现变频调速的作用。图5.5控制系统主回路5.3PLCI/O分配PLCI/O分配表如表5.5、表5.6所示：表5.5I/O分配表1序号功能地址1系统启动开关I0.02系统停止开关I0.13手动模式I0.24自动模式I0.35系统故障I0.46翻斗机下限位I0.57翻斗机上限位I0.68阀门1手动I0.79阀门2手动I1.010搅拌电机手动I1.111放沙料皮带手动I1.212放石料皮带手动I1.313添加剂螺旋手动I1.414水泥螺旋输送手动I1.515水泵手动I1.616翻斗机卸料手动I1.717翻斗机上升手动I2.018阀门1模拟称重AIW019阀门2模拟称重AIW220阀门1模拟卸料AIW421阀门2模拟卸料AIW6表5.6I/O分配表2序号功能地址1系统运行Q0.02系统停止Q0.13手动运行灯Q0.24自动运行灯Q0.35阀门1运行Q0.46阀门2运行Q0.57完成灯Q0.68搅拌电机Q0.79翻斗机上升Q1.010系统报警Q1.111放沙料皮带Q1.212放石料皮带Q1.313添加剂螺旋Q1.414水泥螺旋输送Q1.515水泵Q1.616配料灯Q1.717翻斗机卸料Q2.05.4PLC外围接线图根据设计方案，PLC的外围接线图如图5.3所示。图5.3外部接线图6程序设计与仿真PLC程序以T形图为编程语言，采用模块化编程思想。本设计中PLC程序分为三部分：主程序、手动模式、自动模式。其中手动模式用于调试检修，自动模式用于正常工作。6.1主程序阀门1重量数模转换1：假设阀门1重量检测范围是0到10000（对应0-10000g），由于EM231是4路模拟量输入模块，采集的模拟量信号有±10V，最终转化成数字量用VW类型存储范围是-32000到+32000，小于设定检测范围，而用VD类型存储其转换范围为-2147483648到+2147483647，可以满足绝大多数设计要求，故进行将进行两次转换。图6.1阀门1数模转换1阀门1数模转换2：当检测信号为0-10V电压信号，根据控制系统理论，转换成数字信号范围是-32000到32000。由于是线性关系，设D为传感器读取到的当前值，则可以得到T/(10000-0)=D/(32000-0),当前重量=D*(10000-0)/(32000-0)。图6.2阀门1数模转换2阀门2数模转换1：功能作用同网络1图6.3阀门2数模转换1阀门2数模转换2：功能作用同网络2图6.4阀门2数模转换2沙料传送带卸料设定模拟量输入AIW4为沙料实时卸料重量，再进行相关的数模转换成双精度数字量，最后将阀门1称量重量减去沙料卸料重量，可得阀门2内沙料的剩余量。图6.5沙料模拟卸料石料传送带卸料设定模拟量输入AIW6为石料实时卸料重量，再进行相关的数模转换成双精度数字量，最后将阀门2称量重量减去石料卸料重量，可得阀门2内石料的剩余量。图6.6石料模拟卸料系统启动与停止机制图6.7系统启动系统手动模式的启动与停止图6.8系统停止系统手动模式运行图6.9手动模式系统手动模式运行图6.10自动模式系统启动后，选择手动模式运行图6.11执行手动模式选系统启动后，选择自动模式运行图6.12执行自动模式当系统运行中检测到故障信号，系统发出报警响应图6.13系统故障与报警6.2手动模式打开阀门1手动，阀门1运行灯亮图6.14阀门1手动打开阀门2手动，阀门2运行灯亮图6.15阀门2手动打开搅拌电机手动，搅拌机运行灯亮图6.16搅拌电机手动打开沙料皮带手动，沙料皮带运行灯亮图6.17沙料皮带手动打开石料皮带手动，石料皮带运行灯亮图6.18石料皮带手动打开添加剂螺旋输送机送手动，添加剂螺旋输送机运行灯亮图6.19添加剂螺旋输送机手动打开水泥螺旋输送机手动，水泥螺旋输送机运行灯亮图6.20添加剂螺旋输送机手动打开水泵手动，水泵运行灯亮图6.21水泵手动打开翻斗机卸料手动，翻斗机卸料运行灯亮图6.22翻斗机卸料手动打开翻斗机上升手动，翻斗机上升运行灯亮图6.23翻斗机上升手动6.3自动模式1.系统启动，选择自动模式，此时系统内开始进行沙料石料的称量，并同步开启添加剂放料、水泥放料、水泵放水，并触发系统循环运行信号图6.24启动自动模式2.阀门1启动沙料的称重，当阀门1称量重量达到预设的3500时，阀门1称量完成。图6.25阀门2称重3.阀门2启动石料的称重，当阀门2称量重量达到预设的2600时，阀门2称量完成。图6.26阀门2称重4.当阀门1与阀门2均称重完成，停止两个阀门的称重，并触发沙料石料皮带运行图6.27称重完成，皮带运行5.运行放沙料皮带与放石料皮带，当阀门1沙料卸料和阀门2石料卸料后，阀门1与阀门2内剩余重量均为0时，表示沙料石料传送带传送完毕图6.28运行放沙料皮带与运石料皮带6.系统启动并选择自动模式后，开启添加剂螺旋输送机，放料30s，放料完成后关闭该放料信号图6.29添加剂螺旋输送机7.系统启动并选择自动模式后，开启水泥螺旋输送机，放料3min放料完成后关闭该放料信号图6.30运行水泥输送机8.系统启动并选择自动模式后，触发水泵放水，利用计时器T52计时3min，放水完成后关闭该放水信号和关闭水泵运行，触发所有物料进入搅拌仓的信号。图6.31运行水泵电机9.当沙料传送带、石料传送带卸料完成且所有物料进入搅拌仓内，此时启动搅拌机，利用计时器T53计时5min,，搅拌完成后关闭搅拌机，触发系统称重信号，搅拌完成后触发卸料信号。图6.32搅拌10.当所有物料进入搅拌机且称重完成，利用计时器T54计时，配料灯亮10s，10s后关闭系统称重信号及配料灯。图6.33开始配料11.卸料灯亮起后，翻斗机开始卸料，当翻斗机到达下限位，停止卸料图6.34开始卸料12.翻斗机到达下限位后，利用计时器T60计时2min，保持下限位，将搅拌后的混凝土卸入运输车，计时结束后关闭到达限位信号和翻斗机卸料信号，触发翻斗机上升信号。图6.35到达下限位13.混凝土卸料完毕后，翻斗机开始上升，一直上升到上限位，恢复最初状态，关闭当翻斗机上升信号。图6.36翻斗机上升14.当翻斗机上升到上限位，系统完成灯亮，标志完成一次混凝土生产，系统进入新一轮的循环生产图6.37完成6.4PLC程序仿真本篇设计采用西门子S7－200仿真软件Simulation。步骤如下：1.打开仿真软件，点击工具栏“配置”，选择“CPU226”型号。如图6.38所示。图6.38PLC的CPU型号选择2.点击已建好CPU右侧，选择EM2314AI扩展模块和EM2228Q拓展模块。图6.39选择拓展模块3.点击工具栏“程序”，选择“装载程序”，导入编译好的AWL仿真文件。图6.37、6.38所示。图6.37图6.384.点击工具栏“查看”，选择“程序块图形”型号，并拖动梯形图窗口到合适位置，便于后期监控梯形图，此时完成仿真工作的前期基本配置。如图6.40所示图6.40完成基本配置5.分别点击工具栏“运行”和“监控”按钮，当软件右下方运行计数器工作，梯形图窗口显示接电，此时完成对仿真运行和梯形图监控。6.打开系统运行开关I0.0，启动混凝土搅拌站控制系统，再打开开关I0.3，启动自动模式。此时输出端Q0.0、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q1.4、Q1.5、Q1.6灯亮，分别表示系统运行、自动模式运行、阀门1运行、阀门2运行、添加剂螺旋输送机运行、水泥螺旋送料机运行、水泵运行。如图6.41所示。图6.41系统初步运行7.拉动EM231模拟量输入模块的电压信号，实现模拟称量重量。其中本设计中预先设定阀门1称量值为3500，阀门2的称量值为2600,当模拟量信号分别位3.42V和2.54V时达到两个阀门设定称量值，两个阀门称量停止（即灯Q0.4,Q0.5灭），触发放沙料皮带与放石料皮带开始工作。如图6.42所示。图6.42阀门1与阀门2开始称量8.当沙料与石料均称量完毕且通过各自传送皮带到达料斗内，当阀门1与阀门2对于的模拟卸料的信号电影位3.42V和2.54V时，阀门内的剩余量均为0，标志传送带传送沙料石料完毕。如图6.43所示。图6.43沙料石料传送带送料9.自动模式运行时，即刻启动添加剂螺旋送料机(Q1.4亮)，送料0.5min。如图6.44所示。图6.44添加剂放料10.启动水泥螺旋输送机放料3min（Q1.5亮）。如图6.45所示。图6.45水泥放料11.启动水泵运行3min(Q1.6亮)。如图6.46所示。图6.46水泵放水12.当传送带输送沙料完毕且所有骨料进入搅拌仓，打开搅拌机，搅拌5min(Q0.7亮)。如图6.47所示。图6.47搅拌机运行13.搅拌完成后，系统配料指示灯（Q1.7亮）。如图6.48所示。图6.48系统配料14.配料结束后，翻斗机下降（Q2.0亮）。如图6.49所示。图6.49翻斗机下降15.翻斗机一直下降到下限位，并保持两分钟。如图6.50所示。图6.50达到下限位16.翻斗机在下限位卸料完成后，翻斗机开始上升（Q1.0亮）。图6.51所示。图6.51翻斗机上升17.到达上限位后，完成一次生产（Q0.6亮，），随后系统进入循环生产。图6.52完成7总结与展望7.1总结由于社会发展的需要，各国对于混凝土搅拌站的研究从未止步。在当前这个快速发展的时代，混凝土搅拌站的控制系统领域的相关研究更是迈向了一个重要的关头。混凝土搅拌站根据其生产规模和生产需要可分为许多种类，但不论哪种类型的搅拌站都需要进行控制系统的设计。本设计基于PLC对混凝土搅拌站的控制系统进行设计，具体工作如下：1.由混凝土搅拌站的组成出发，设计控制系统要求，制定系统流程图及系统功能框图。2.PLC的及配料控制器的选型。3.根据控制方案及I/O分配表对控制系统进行PLC编程，实现控制系统的手动模式与自动模式的运行。4.最后对所编写的程序进行模拟仿真，验证本设计的可行性。7.2展望设计到现在还是要说，本次设计还是有需要提高的地方，本设计是基于最主流的混凝土搅拌站控制系统生产流程，仅仅是现如今混凝土搅拌站领域中比较常见的一种处理方式，距离精细化、高效率、高平稳度生产仍有很大的差距。针对本设计，在以下几个方面上仍需要改善提高：1.系统初始功能亟需丰富：可进一步结合PLC编程，设计出更多的系统运行功能，如系统初始多重配方设定，系统运行速率控制，系统故障检修等功能。2.主电路亟需优化设计：可利用回路中的变频器，实现控制回路中各电机多档位多速率调节，以满足实际工作的中的生产需要。3.系统传感器亟需精确化：不仅对于系统中各称量环节要进一步在硬件选型上完善，更要结合PLC编程设计出准确的控制指令；此外，可在各进料卸料环节选择精度高的传感器，实现混凝土的高质量、高标准生产。参考文献[1]李德英,陈钢.基于PLC与触摸屏的混凝土搅拌站控制系统设计[J].自动化与仪表,2018,33(11):39-42+89.DOI:10.19557/ki.1001-9944.2018.11.008.[2]岳阳.混凝土搅拌站自动控制系统研究[D].河南科技大学,2014.[3]刘尧.混凝土搅拌站控制系统的设计与实现[D].北京交通大学,2012.[4]詹勇.