基于PLC的混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u131471緒論 [7]模擬輸入或輸出信號對電子噪聲很敏感，因此不要將這些模擬輸入或輸出信號線連接在一起，以避免可能的干擾。配料控制器的電源線必須遠離交流電源，并盡量縮短所有電線或同軸電纜的長度。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數(shù)顯示左邊數(shù)位顯示“─”號小數(shù)點位置可選擇3個不同位置輸出容量開集極輸出，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個分度5.2控制系統(tǒng)主回路在本設(shè)計的控制系統(tǒng)主回路選用以下硬件，具體如下：電機（M）：M1為攪拌電機用于攪拌料倉內(nèi)的骨料和物料M2為翻斗機電機用于翻斗機的卸料與上升。M3為沙料傳送帶電機用于傳送沙料至料倉。M4為石料傳送帶電機用于傳送石料至料倉。熱繼電器（FR）：FR1為攪拌電機過載熱繼電器，啟動過載保護電機。FR2為翻斗機電機過載熱繼電器，啟動過載保護電機。FR3為沙料傳送帶過載熱繼電器，啟動過載保護電機。FR4為石料傳送帶過載熱繼電器，啟動過載保護電機。中間繼電器（KM）:KM1是攪拌電機啟動接觸器，可以啟動停止攪拌站工作。KM2是翻斗機電機啟動接觸器，可以啟動停止翻斗機工作。KM3是沙料傳送帶啟動接觸器，可以啟動停止沙料傳送帶輸送。KM4是石料傳送帶啟動接觸器，可以啟動停止石料傳送帶輸送。斷路器（QF）:QF1是總斷路器，可以通斷整臺設(shè)備。QF2是攪拌機電機回路斷路器，可以通斷攪拌機電機。QF3是翻斗機回路斷路器，可以通斷翻斗機電機。QF4是沙料傳送帶回路斷路器，可以通斷沙料傳送帶電機。QF5是石料傳送帶回路斷路器，可以通斷石料傳送帶電機。變頻器（ACS400）：對回路中的電機實現(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序號功能地址1系統(tǒng)啟動開關(guān)I0.02系統(tǒng)停止開關(guān)I0.13手動模式I0.24自動模式I0.35系統(tǒng)故障I0.46翻斗機下限位I0.57翻斗機上限位I0.68閥門1手動I0.79閥門2手動I1.010攪拌電機手動I1.111放沙料皮帶手動I1.212放石料皮帶手動I1.313添加劑螺旋手動I1.414水泥螺旋輸送手動I1.515水泵手動I1.616翻斗機卸料手動I1.717翻斗機上升手動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序號功能地址1系統(tǒng)運行Q0.02系統(tǒng)停止Q0.13手動運行燈Q0.24自動運行燈Q0.35閥門1運行Q0.46閥門2運行Q0.57完成燈Q0.68攪拌電機Q0.79翻斗機上升Q1.010系統(tǒng)報警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翻斗機卸料Q2.05.4PLC外圍接線圖根據(jù)設(shè)計方案，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)計與仿真PLC程序以T形圖為編程語言，采用模塊化編程思想。本設(shè)計中PLC程序分為三部分：主程序、手動模式、自動模式。其中手動模式用于調(diào)試檢修，自動模式用于正常工作。6.1主程序閥門1重量數(shù)模轉(zhuǎn)換1：假設(shè)閥門1重量檢測范圍是0到10000（對應(yīng)0-10000g），由于EM231是4路模擬量輸入模塊，采集的模擬量信號有±10V，最終轉(zhuǎn)化成數(shù)字量用VW類型存儲范圍是-32000到+32000，小于設(shè)定檢測范圍，而用VD類型存儲其轉(zhuǎn)換范圍為-2147483648到+2147483647，可以滿足絕大多數(shù)設(shè)計要求，故進行將進行兩次轉(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：當檢測信號為0-10V電壓信號，根據(jù)控制系統(tǒng)理論，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號范圍是-32000到32000。由于是線性關(guān)系，設(shè)D為傳感器讀取到的當前值，則可以得到T/(10000-0)=D/(32000-0),當前重量=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為沙料實時卸料重量，再進行相關(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為石料實時卸料重量，再進行相關(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)啟動與停止機制圖6.7系統(tǒng)啟動系統(tǒng)手動模式的啟動與停止圖6.8系統(tǒng)停止系統(tǒng)手動模式運行圖6.9手動模式系統(tǒng)手動模式運行圖6.10自動模式系統(tǒng)啟動后，選擇手動模式運行圖6.11執(zhí)行手動模式選系統(tǒng)啟動后，選擇自動模式運行圖6.12執(zhí)行自動模式當系統(tǒng)運行中檢測到故障信號，系統(tǒng)發(fā)出報警響應(yīng)圖6.13系統(tǒng)故障與報警6.2手動模式打開閥門1手動，閥門1運行燈亮圖6.14閥門1手動打開閥門2手動，閥門2運行燈亮圖6.15閥門2手動打開攪拌電機手動，攪拌機運行燈亮圖6.16攪拌電機手動打開沙料皮帶手動，沙料皮帶運行燈亮圖6.17沙料皮帶手動打開石料皮帶手動，石料皮帶運行燈亮圖6.18石料皮帶手動打開添加劑螺旋輸送機送手動，添加劑螺旋輸送機運行燈亮圖6.19添加劑螺旋輸送機手動打開水泥螺旋輸送機手動，水泥螺旋輸送機運行燈亮圖6.20添加劑螺旋輸送機手動打開水泵手動，水泵運行燈亮圖6.21水泵手動打開翻斗機卸料手動，翻斗機卸料運行燈亮圖6.22翻斗機卸料手動打開翻斗機上升手動，翻斗機上升運行燈亮圖6.23翻斗機上升手動6.3自動模式1.系統(tǒng)啟動，選擇自動模式，此時系統(tǒng)內(nèi)開始進行沙料石料的稱量，并同步開啟添加劑放料、水泥放料、水泵放水，并觸發(fā)系統(tǒng)循環(huán)運行信號圖6.24啟動自動模式2.閥門1啟動沙料的稱重，當閥門1稱量重量達到預(yù)設(shè)的3500時，閥門1稱量完成。圖6.25閥門2稱重3.閥門2啟動石料的稱重，當閥門2稱量重量達到預(yù)設(shè)的2600時，閥門2稱量完成。圖6.26閥門2稱重4.當閥門1與閥門2均稱重完成，停止兩個閥門的稱重，并觸發(fā)沙料石料皮帶運行圖6.27稱重完成，皮帶運行5.運行放沙料皮帶與放石料皮帶，當閥門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，表示沙料石料傳送帶傳送完畢圖6.28運行放沙料皮帶與運石料皮帶6.系統(tǒng)啟動并選擇自動模式后，開啟添加劑螺旋輸送機，放料30s，放料完成后關(guān)閉該放料信號圖6.29添加劑螺旋輸送機7.系統(tǒng)啟動并選擇自動模式后，開啟水泥螺旋輸送機，放料3min放料完成后關(guān)閉該放料信號圖6.30運行水泥輸送機8.系統(tǒng)啟動并選擇自動模式后，觸發(fā)水泵放水，利用計時器T52計時3min，放水完成后關(guān)閉該放水信號和關(guān)閉水泵運行，觸發(fā)所有物料進入攪拌倉的信號。圖6.31運行水泵電機9.當沙料傳送帶、石料傳送帶卸料完成且所有物料進入攪拌倉內(nèi)，此時啟動攪拌機，利用計時器T53計時5min,，攪拌完成后關(guān)閉攪拌機，觸發(fā)系統(tǒng)稱重信號，攪拌完成后觸發(fā)卸料信號。圖6.32攪拌10.當所有物料進入攪拌機且稱重完成，利用計時器T54計時，配料燈亮10s，10s后關(guān)閉系統(tǒng)稱重信號及配料燈。圖6.33開始配料11.卸料燈亮起后，翻斗機開始卸料，當翻斗機到達下限位，停止卸料圖6.34開始卸料12.翻斗機到達下限位后，利用計時器T60計時2min，保持下限位，將攪拌后的混凝土卸入運輸車，計時結(jié)束后關(guān)閉到達限位信號和翻斗機卸料信號，觸發(fā)翻斗機上升信號。圖6.35到達下限位13.混凝土卸料完畢后，翻斗機開始上升，一直上升到上限位，恢復(fù)最初狀態(tài)，關(guān)閉當翻斗機上升信號。圖6.36翻斗機上升14.當翻斗機上升到上限位，系統(tǒng)完成燈亮，標志完成一次混凝土生產(chǎn)，系統(tǒng)進入新一輪的循環(huán)生產(chǎn)圖6.37完成6.4PLC程序仿真本篇設(shè)計采用西門子S7－200仿真軟件Simulation。步驟如下：1.打開仿真軟件，點擊工具欄“配置”，選擇“CPU226”型號。如圖6.38所示。圖6.38PLC的CPU型號選擇2.點擊已建好CPU右側(cè)，選擇EM2314AI擴展模塊和EM2228Q拓展模塊。圖6.39選擇拓展模塊3.點擊工具欄“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.點擊工具欄“查看”，選擇“程序塊圖形”型號，并拖動梯形圖窗口到合適位置，便于后期監(jiān)控梯形圖，此時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.分別點擊工具欄“運行”和“監(jiān)控”按鈕，當軟件右下方運行計數(shù)器工作，梯形圖窗口顯示接電，此時完成對仿真運行和梯形圖監(jiān)控。6.打開系統(tǒng)運行開關(guān)I0.0，啟動混凝土攪拌站控制系統(tǒng)，再打開開關(guān)I0.3，啟動自動模式。此時輸出端Q0.0、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q1.4、Q1.5、Q1.6燈亮，分別表示系統(tǒng)運行、自動模式運行、閥門1運行、閥門2運行、添加劑螺旋輸送機運行、水泥螺旋送料機運行、水泵運行。如圖6.41所示。圖6.41系統(tǒng)初步運行7.拉動EM231模擬量輸入模塊的電壓信號，實現(xiàn)模擬稱量重量。其中本設(shè)計中預(yù)先設(shè)定閥門1稱量值為3500，閥門2的稱量值為2600,當模擬量信號分別位3.42V和2.54V時達到兩個閥門設(shè)定稱量值，兩個閥門稱量停止（即燈Q0.4,Q0.5滅），觸發(fā)放沙料皮帶與放石料皮帶開始工作。如圖6.42所示。圖6.42閥門1與閥門2開始稱量8.當沙料與石料均稱量完畢且通過各自傳送皮帶到達料斗內(nèi)，當閥門1與閥門2對于的模擬卸料的信號電影位3.42V和2.54V時，閥門內(nèi)的剩余量均為0，標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.自動模式運行時，即刻啟動添加劑螺旋送料機(Q1.4亮)，送料0.5min。如圖6.44所示。圖6.44添加劑放料10.啟動水泥螺旋輸送機放料3min（Q1.5亮）。如圖6.45所示。圖6.45水泥放料11.啟動水泵運行3min(Q1.6亮)。如圖6.46所示。圖6.46水泵放水12.當傳送帶輸送沙料完畢且所有骨料進入攪拌倉，打開攪拌機，攪拌5min(Q0.7亮)。如圖6.47所示。圖6.47攪拌機運行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，翻斗機下降（Q2.0亮）。如圖6.49所示。圖6.49翻斗機下降15.翻斗機一直下降到下限位，并保持兩分鐘。如圖6.50所示。圖6.50達到下限位16.翻斗機在下限位卸料完成后，翻斗機開始上升（Q1.0亮）。圖6.51所示。圖6.51翻斗機上升17.到達上限位后，完成一次生產(chǎn)（Q0.6亮，），隨后系統(tǒng)進入循環(huán)生產(chǎn)。圖6.52完成7總結(jié)與展望7.1總結(jié)由于社會發(fā)展的需要，各國對于混凝土攪拌站的研究從未止步。在當前這個快速發(fā)展的時代，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重要的關(guān)頭?；炷翑嚢枵靖鶕?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行控制系統(tǒng)的設(shè)計。本設(shè)計基于PLC對混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)進行設(shè)計，具體工作如下：1.由混凝土攪拌站的組成出發(fā)，設(shè)計控制系統(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分配表對控制系統(tǒng)進行PLC編程，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的手動模式與自動模式的運行。4.最后對所編寫的程序進行模擬仿真，驗證本設(shè)計的可行性。7.2展望設(shè)計到現(xiàn)在還是要說，本次設(shè)計還是有需要提高的地方，本設(shè)計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)域中比較常見的一種處理方式，距離精細化、高效率、高平穩(wěn)度生產(chǎn)仍有很大的差距。針對本設(shè)計，在以下幾個方面上仍需要改善提高：1.系統(tǒng)初始功能亟需豐富：可進一步結(jié)合PLC編程，設(shè)計出更多的系統(tǒng)運行功能，如系統(tǒng)初始多重配方設(shè)定，系統(tǒng)運行速率控制，系統(tǒng)故障檢修等功能。2.主電路亟需優(yōu)化設(shè)計：可利用回路中的變頻器，實現(xiàn)控制回路中各電機多檔位多速率調(diào)節(jié)，以滿足實際工作的中的生產(chǎn)需要。3.系統(tǒng)傳感器亟需精確化：不僅對于系統(tǒng)中各稱量環(huán)節(jié)要進一步在硬件選型上完善，更要結(jié)合PLC編程設(shè)計出準確的控制指令；此外，可在各進料卸料環(huán)節(jié)選擇精度高的傳感器，實現(xiàn)混凝土的高質(zhì)量、高標準生產(chǎn)。參考文獻[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[J].自動化與儀表,2018,33(11):39-42+89.DOI:10.19557/ki.1001-9944.2018.11.008.[2]岳陽.混凝土攪拌站自動控制系統(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)計與實現(xiàn)[D].北京交通大學(xué),2012.[4]詹勇.