【基于PLC的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)11000字（論文）】

基于PLC的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u131471緒論 [7]模擬輸入或輸出信號(hào)對(duì)電子噪聲很敏感，因此不要將這些模擬輸入或輸出信號(hào)線連接在一起，以避免可能的干擾。配料控制器的電源線必須遠(yuǎn)離交流電源，并盡量縮短所有電線或同軸電纜的長(zhǎng)度。表5.4參數(shù)表2數(shù)字部分重量顯示7段發(fā)光二極管LED顯示采用雙顯示方式負(fù)數(shù)顯示左邊數(shù)位顯示“─”號(hào)小數(shù)點(diǎn)位置可選擇3個(gè)不同位置輸出容量開(kāi)集極輸出，24V，0.3A模擬部分適用傳感器類型適用于所有應(yīng)變橋式傳感器傳感器輸入電壓直流9伏，可提供電流150毫安輸入阻抗大于10兆歐采樣速度每秒105次顯示分度數(shù)8000個(gè)分度5.2控制系統(tǒng)主回路在本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主回路選用以下硬件，具體如下：電機(jī)（M）：M1為攪拌電機(jī)用于攪拌料倉(cāng)內(nèi)的骨料和物料M2為翻斗機(jī)電機(jī)用于翻斗機(jī)的卸料與上升。M3為沙料傳送帶電機(jī)用于傳送沙料至料倉(cāng)。M4為石料傳送帶電機(jī)用于傳送石料至料倉(cāng)。熱繼電器（FR）：FR1為攪拌電機(jī)過(guò)載熱繼電器，啟動(dòng)過(guò)載保護(hù)電機(jī)。FR2為翻斗機(jī)電機(jī)過(guò)載熱繼電器，啟動(dòng)過(guò)載保護(hù)電機(jī)。FR3為沙料傳送帶過(guò)載熱繼電器，啟動(dòng)過(guò)載保護(hù)電機(jī)。FR4為石料傳送帶過(guò)載熱繼電器，啟動(dòng)過(guò)載保護(hù)電機(jī)。中間繼電器（KM）:KM1是攪拌電機(jī)啟動(dòng)接觸器，可以啟動(dòng)停止攪拌站工作。KM2是翻斗機(jī)電機(jī)啟動(dòng)接觸器，可以啟動(dòng)停止翻斗機(jī)工作。KM3是沙料傳送帶啟動(dòng)接觸器，可以啟動(dòng)停止沙料傳送帶輸送。KM4是石料傳送帶啟動(dòng)接觸器，可以啟動(dòng)停止石料傳送帶輸送。斷路器（QF）:QF1是總斷路器，可以通斷整臺(tái)設(shè)備。QF2是攪拌機(jī)電機(jī)回路斷路器，可以通斷攪拌機(jī)電機(jī)。QF3是翻斗機(jī)回路斷路器，可以通斷翻斗機(jī)電機(jī)。QF4是沙料傳送帶回路斷路器，可以通斷沙料傳送帶電機(jī)。QF5是石料傳送帶回路斷路器，可以通斷石料傳送帶電機(jī)。變頻器（ACS400）：對(duì)回路中的電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的作用。圖5.5控制系統(tǒng)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序號(hào)功能地址1系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.02系統(tǒng)停止開(kāi)關(guān)I0.13手動(dòng)模式I0.24自動(dòng)模式I0.35系統(tǒng)故障I0.46翻斗機(jī)下限位I0.57翻斗機(jī)上限位I0.68閥門1手動(dòng)I0.79閥門2手動(dòng)I1.010攪拌電機(jī)手動(dòng)I1.111放沙料皮帶手動(dòng)I1.212放石料皮帶手動(dòng)I1.313添加劑螺旋手動(dòng)I1.414水泥螺旋輸送手動(dòng)I1.515水泵手動(dòng)I1.616翻斗機(jī)卸料手動(dòng)I1.717翻斗機(jī)上升手動(dòng)I2.018閥門1模擬稱重AIW019閥門2模擬稱重AIW220閥門1模擬卸料AIW421閥門2模擬卸料AIW6表5.6I/O分配表2序號(hào)功能地址1系統(tǒng)運(yùn)行Q0.02系統(tǒng)停止Q0.13手動(dòng)運(yùn)行燈Q0.24自動(dòng)運(yùn)行燈Q0.35閥門1運(yùn)行Q0.46閥門2運(yùn)行Q0.57完成燈Q0.68攪拌電機(jī)Q0.79翻斗機(jī)上升Q1.010系統(tǒng)報(bào)警Q1.111放沙料皮帶Q1.212放石料皮帶Q1.313添加劑螺旋Q1.414水泥螺旋輸送Q1.515水泵Q1.616配料燈Q1.717翻斗機(jī)卸料Q2.05.4PLC外圍接線圖根據(jù)設(shè)計(jì)方案，PLC的外圍接線圖如圖5.3所示。圖5.3外部接線圖6程序設(shè)計(jì)與仿真PLC程序以T形圖為編程語(yǔ)言，采用模塊化編程思想。本設(shè)計(jì)中PLC程序分為三部分：主程序、手動(dòng)模式、自動(dòng)模式。其中手動(dòng)模式用于調(diào)試檢修，自動(dòng)模式用于正常工作。6.1主程序閥門1重量數(shù)模轉(zhuǎn)換1：假設(shè)閥門1重量檢測(cè)范圍是0到10000（對(duì)應(yīng)0-10000g），由于EM231是4路模擬量輸入模塊，采集的模擬量信號(hào)有±10V，最終轉(zhuǎn)化成數(shù)字量用VW類型存儲(chǔ)范圍是-32000到+32000，小于設(shè)定檢測(cè)范圍，而用VD類型存儲(chǔ)其轉(zhuǎn)換范圍為-2147483648到+2147483647，可以滿足絕大多數(shù)設(shè)計(jì)要求，故進(jìn)行將進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)換。圖6.1閥門1數(shù)模轉(zhuǎn)換1閥門1數(shù)模轉(zhuǎn)換2：當(dāng)檢測(cè)信號(hào)為0-10V電壓信號(hào)，根據(jù)控制系統(tǒng)理論，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)范圍是-32000到32000。由于是線性關(guān)系，設(shè)D為傳感器讀取到的當(dāng)前值，則可以得到T/(10000-0)=D/(32000-0),當(dāng)前重量=D*(10000-0)/(32000-0)。圖6.2閥門1數(shù)模轉(zhuǎn)換2閥門2數(shù)模轉(zhuǎn)換1：功能作用同網(wǎng)絡(luò)1圖6.3閥門2數(shù)模轉(zhuǎn)換1閥門2數(shù)模轉(zhuǎn)換2：功能作用同網(wǎng)絡(luò)2圖6.4閥門2數(shù)模轉(zhuǎn)換2沙料傳送帶卸料設(shè)定模擬量輸入AIW4為沙料實(shí)時(shí)卸料重量，再進(jìn)行相關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換成雙精度數(shù)字量，最后將閥門1稱量重量減去沙料卸料重量，可得閥門2內(nèi)沙料的剩余量。圖6.5沙料模擬卸料石料傳送帶卸料設(shè)定模擬量輸入AIW6為石料實(shí)時(shí)卸料重量，再進(jìn)行相關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換成雙精度數(shù)字量，最后將閥門2稱量重量減去石料卸料重量，可得閥門2內(nèi)石料的剩余量。圖6.6石料模擬卸料系統(tǒng)啟動(dòng)與停止機(jī)制圖6.7系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)手動(dòng)模式的啟動(dòng)與停止圖6.8系統(tǒng)停止系統(tǒng)手動(dòng)模式運(yùn)行圖6.9手動(dòng)模式系統(tǒng)手動(dòng)模式運(yùn)行圖6.10自動(dòng)模式系統(tǒng)啟動(dòng)后，選擇手動(dòng)模式運(yùn)行圖6.11執(zhí)行手動(dòng)模式選系統(tǒng)啟動(dòng)后，選擇自動(dòng)模式運(yùn)行圖6.12執(zhí)行自動(dòng)模式當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中檢測(cè)到故障信號(hào)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警響應(yīng)圖6.13系統(tǒng)故障與報(bào)警6.2手動(dòng)模式打開(kāi)閥門1手動(dòng)，閥門1運(yùn)行燈亮圖6.14閥門1手動(dòng)打開(kāi)閥門2手動(dòng)，閥門2運(yùn)行燈亮圖6.15閥門2手動(dòng)打開(kāi)攪拌電機(jī)手動(dòng)，攪拌機(jī)運(yùn)行燈亮圖6.16攪拌電機(jī)手動(dòng)打開(kāi)沙料皮帶手動(dòng)，沙料皮帶運(yùn)行燈亮圖6.17沙料皮帶手動(dòng)打開(kāi)石料皮帶手動(dòng)，石料皮帶運(yùn)行燈亮圖6.18石料皮帶手動(dòng)打開(kāi)添加劑螺旋輸送機(jī)送手動(dòng)，添加劑螺旋輸送機(jī)運(yùn)行燈亮圖6.19添加劑螺旋輸送機(jī)手動(dòng)打開(kāi)水泥螺旋輸送機(jī)手動(dòng)，水泥螺旋輸送機(jī)運(yùn)行燈亮圖6.20添加劑螺旋輸送機(jī)手動(dòng)打開(kāi)水泵手動(dòng)，水泵運(yùn)行燈亮圖6.21水泵手動(dòng)打開(kāi)翻斗機(jī)卸料手動(dòng)，翻斗機(jī)卸料運(yùn)行燈亮圖6.22翻斗機(jī)卸料手動(dòng)打開(kāi)翻斗機(jī)上升手動(dòng)，翻斗機(jī)上升運(yùn)行燈亮圖6.23翻斗機(jī)上升手動(dòng)6.3自動(dòng)模式1.系統(tǒng)啟動(dòng)，選擇自動(dòng)模式，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行沙料石料的稱量，并同步開(kāi)啟添加劑放料、水泥放料、水泵放水，并觸發(fā)系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行信號(hào)圖6.24啟動(dòng)自動(dòng)模式2.閥門1啟動(dòng)沙料的稱重，當(dāng)閥門1稱量重量達(dá)到預(yù)設(shè)的3500時(shí)，閥門1稱量完成。圖6.25閥門2稱重3.閥門2啟動(dòng)石料的稱重，當(dāng)閥門2稱量重量達(dá)到預(yù)設(shè)的2600時(shí)，閥門2稱量完成。圖6.26閥門2稱重4.當(dāng)閥門1與閥門2均稱重完成，停止兩個(gè)閥門的稱重，并觸發(fā)沙料石料皮帶運(yùn)行圖6.27稱重完成，皮帶運(yùn)行5.運(yùn)行放沙料皮帶與放石料皮帶，當(dāng)閥門1沙料卸料和閥門2石料卸料后，閥門1與閥門2內(nèi)剩余重量均為0時(shí)，表示沙料石料傳送帶傳送完畢圖6.28運(yùn)行放沙料皮帶與運(yùn)石料皮帶6.系統(tǒng)啟動(dòng)并選擇自動(dòng)模式后，開(kāi)啟添加劑螺旋輸送機(jī)，放料30s，放料完成后關(guān)閉該放料信號(hào)圖6.29添加劑螺旋輸送機(jī)7.系統(tǒng)啟動(dòng)并選擇自動(dòng)模式后，開(kāi)啟水泥螺旋輸送機(jī)，放料3min放料完成后關(guān)閉該放料信號(hào)圖6.30運(yùn)行水泥輸送機(jī)8.系統(tǒng)啟動(dòng)并選擇自動(dòng)模式后，觸發(fā)水泵放水，利用計(jì)時(shí)器T52計(jì)時(shí)3min，放水完成后關(guān)閉該放水信號(hào)和關(guān)閉水泵運(yùn)行，觸發(fā)所有物料進(jìn)入攪拌倉(cāng)的信號(hào)。圖6.31運(yùn)行水泵電機(jī)9.當(dāng)沙料傳送帶、石料傳送帶卸料完成且所有物料進(jìn)入攪拌倉(cāng)內(nèi)，此時(shí)啟動(dòng)攪拌機(jī)，利用計(jì)時(shí)器T53計(jì)時(shí)5min,，攪拌完成后關(guān)閉攪拌機(jī)，觸發(fā)系統(tǒng)稱重信號(hào)，攪拌完成后觸發(fā)卸料信號(hào)。圖6.32攪拌10.當(dāng)所有物料進(jìn)入攪拌機(jī)且稱重完成，利用計(jì)時(shí)器T54計(jì)時(shí)，配料燈亮10s，10s后關(guān)閉系統(tǒng)稱重信號(hào)及配料燈。圖6.33開(kāi)始配料11.卸料燈亮起后，翻斗機(jī)開(kāi)始卸料，當(dāng)翻斗機(jī)到達(dá)下限位，停止卸料圖6.34開(kāi)始卸料12.翻斗機(jī)到達(dá)下限位后，利用計(jì)時(shí)器T60計(jì)時(shí)2min，保持下限位，將攪拌后的混凝土卸入運(yùn)輸車，計(jì)時(shí)結(jié)束后關(guān)閉到達(dá)限位信號(hào)和翻斗機(jī)卸料信號(hào)，觸發(fā)翻斗機(jī)上升信號(hào)。圖6.35到達(dá)下限位13.混凝土卸料完畢后，翻斗機(jī)開(kāi)始上升，一直上升到上限位，恢復(fù)最初狀態(tài)，關(guān)閉當(dāng)翻斗機(jī)上升信號(hào)。圖6.36翻斗機(jī)上升14.當(dāng)翻斗機(jī)上升到上限位，系統(tǒng)完成燈亮，標(biāo)志完成一次混凝土生產(chǎn)，系統(tǒng)進(jìn)入新一輪的循環(huán)生產(chǎn)圖6.37完成6.4PLC程序仿真本篇設(shè)計(jì)采用西門子S7－200仿真軟件Simulation。步驟如下：1.打開(kāi)仿真軟件，點(diǎn)擊工具欄“配置”，選擇“CPU226”型號(hào)。如圖6.38所示。圖6.38PLC的CPU型號(hào)選擇2.點(diǎn)擊已建好CPU右側(cè)，選擇EM2314AI擴(kuò)展模塊和EM2228Q拓展模塊。圖6.39選擇拓展模塊3.點(diǎn)擊工具欄“程序”，選擇“裝載程序”，導(dǎo)入編譯好的AWL仿真文件。圖6.37、6.38所示。圖6.37圖6.384.點(diǎn)擊工具欄“查看”，選擇“程序塊圖形”型號(hào)，并拖動(dòng)梯形圖窗口到合適位置，便于后期監(jiān)控梯形圖，此時(shí)完成仿真工作的前期基本配置。如圖6.40所示圖6.40完成基本配置5.分別點(diǎn)擊工具欄“運(yùn)行”和“監(jiān)控”按鈕，當(dāng)軟件右下方運(yùn)行計(jì)數(shù)器工作，梯形圖窗口顯示接電，此時(shí)完成對(duì)仿真運(yùn)行和梯形圖監(jiān)控。6.打開(kāi)系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)關(guān)I0.0，啟動(dòng)混凝土攪拌站控制系統(tǒng)，再打開(kāi)開(kāi)關(guān)I0.3，啟動(dòng)自動(dòng)模式。此時(shí)輸出端Q0.0、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q1.4、Q1.5、Q1.6燈亮，分別表示系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)模式運(yùn)行、閥門1運(yùn)行、閥門2運(yùn)行、添加劑螺旋輸送機(jī)運(yùn)行、水泥螺旋送料機(jī)運(yùn)行、水泵運(yùn)行。如圖6.41所示。圖6.41系統(tǒng)初步運(yùn)行7.拉動(dòng)EM231模擬量輸入模塊的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)模擬稱量重量。其中本設(shè)計(jì)中預(yù)先設(shè)定閥門1稱量值為3500，閥門2的稱量值為2600,當(dāng)模擬量信號(hào)分別位3.42V和2.54V時(shí)達(dá)到兩個(gè)閥門設(shè)定稱量值，兩個(gè)閥門稱量停止（即燈Q0.4,Q0.5滅），觸發(fā)放沙料皮帶與放石料皮帶開(kāi)始工作。如圖6.42所示。圖6.42閥門1與閥門2開(kāi)始稱量8.當(dāng)沙料與石料均稱量完畢且通過(guò)各自傳送皮帶到達(dá)料斗內(nèi)，當(dāng)閥門1與閥門2對(duì)于的模擬卸料的信號(hào)電影位3.42V和2.54V時(shí)，閥門內(nèi)的剩余量均為0，標(biāo)志傳送帶傳送沙料石料完畢。如圖6.43所示。圖6.43沙料石料傳送帶送料9.自動(dòng)模式運(yùn)行時(shí)，即刻啟動(dòng)添加劑螺旋送料機(jī)(Q1.4亮)，送料0.5min。如圖6.44所示。圖6.44添加劑放料10.啟動(dòng)水泥螺旋輸送機(jī)放料3min（Q1.5亮）。如圖6.45所示。圖6.45水泥放料11.啟動(dòng)水泵運(yùn)行3min(Q1.6亮)。如圖6.46所示。圖6.46水泵放水12.當(dāng)傳送帶輸送沙料完畢且所有骨料進(jìn)入攪拌倉(cāng)，打開(kāi)攪拌機(jī)，攪拌5min(Q0.7亮)。如圖6.47所示。圖6.47攪拌機(jī)運(yùn)行13.攪拌完成后，系統(tǒng)配料指示燈（Q1.7亮）。如圖6.48所示。圖6.48系統(tǒng)配料14.配料結(jié)束后，翻斗機(jī)下降（Q2.0亮）。如圖6.49所示。圖6.49翻斗機(jī)下降15.翻斗機(jī)一直下降到下限位，并保持兩分鐘。如圖6.50所示。圖6.50達(dá)到下限位16.翻斗機(jī)在下限位卸料完成后，翻斗機(jī)開(kāi)始上升（Q1.0亮）。圖6.51所示。圖6.51翻斗機(jī)上升17.到達(dá)上限位后，完成一次生產(chǎn)（Q0.6亮，），隨后系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)生產(chǎn)。圖6.52完成7總結(jié)與展望7.1總結(jié)由于社會(huì)發(fā)展的需要，各國(guó)對(duì)于混凝土攪拌站的研究從未止步。在當(dāng)前這個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代，混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)領(lǐng)域的相關(guān)研究更是邁向了一個(gè)重要的關(guān)頭。混凝土攪拌站根據(jù)其生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)需要可分為許多種類，但不論哪種類型的攪拌站都需要進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)基于PLC對(duì)混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體工作如下：1.由混凝土攪拌站的組成出發(fā)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)要求，制定系統(tǒng)流程圖及系統(tǒng)功能框圖。2.PLC的及配料控制器的選型。3.根據(jù)控制方案及I/O分配表對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC編程，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的手動(dòng)模式與自動(dòng)模式的運(yùn)行。4.最后對(duì)所編寫的程序進(jìn)行模擬仿真，驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的可行性。7.2展望設(shè)計(jì)到現(xiàn)在還是要說(shuō)，本次設(shè)計(jì)還是有需要提高的地方，本設(shè)計(jì)是基于最主流的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)生產(chǎn)流程，僅僅是現(xiàn)如今混凝土攪拌站領(lǐng)域中比較常見(jiàn)的一種處理方式，距離精細(xì)化、高效率、高平穩(wěn)度生產(chǎn)仍有很大的差距。針對(duì)本設(shè)計(jì)，在以下幾個(gè)方面上仍需要改善提高：1.系統(tǒng)初始功能亟需豐富：可進(jìn)一步結(jié)合PLC編程，設(shè)計(jì)出更多的系統(tǒng)運(yùn)行功能，如系統(tǒng)初始多重配方設(shè)定，系統(tǒng)運(yùn)行速率控制，系統(tǒng)故障檢修等功能。2.主電路亟需優(yōu)化設(shè)計(jì)：可利用回路中的變頻器，實(shí)現(xiàn)控制回路中各電機(jī)多檔位多速率調(diào)節(jié)，以滿足實(shí)際工作的中的生產(chǎn)需要。3.系統(tǒng)傳感器亟需精確化：不僅對(duì)于系統(tǒng)中各稱量環(huán)節(jié)要進(jìn)一步在硬件選型上完善，更要結(jié)合PLC編程設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的控制指令；此外，可在各進(jìn)料卸料環(huán)節(jié)選擇精度高的傳感器，實(shí)現(xiàn)混凝土的高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)[1]李德英,陳鋼.基于PLC與觸摸屏的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表,2018,33(11):39-42+89.DOI:10.19557/ki.1001-9944.2018.11.008.[2]岳陽(yáng).混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[D].河南科技大學(xué),2014.[3]劉堯.混凝土攪拌站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京交通大學(xué),2012.[4]詹勇.