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毕业设计论文题目混凝土搅拌机组成与设计原理系别机电工程系专业工程机械运用于维护班级机械3112学生姓名王少波指导教师袁吉完成日期陕铁院教务处制毕业设计(论文)任务书班级机械3112学生姓名王少波指导教师袁吉设计(论文)题目混凝土搅拌机组成与设计原理主要研究内容主要技术指标或研究目标各阶段完成任务及时间安排基本要求团队成员及个人负责方面主要参考资料及文献摘要文章介绍混凝土搅拌站的机械设计与配置的技术条件,混凝土搅拌机是将混凝土配合料按一定配合比的水泥、沙子、碎石骨料)和水等均匀搅和而制备混凝土的专用机械它由搅拌主机、物料称量系统、物料输送系统、物料贮存系统和控制系统等5大系统和其他附属设施组成是用于现代化混凝土建筑的主要机械他节约了生产时间,大大提高了生产销率同是文章还介绍了搅拌站的操作规程与日常维护以及一些常见故障的解决方法关键词:混凝土搅拌机:故障维修:日常保养AbstractThearticleintroducesthemechanicaldesignofconcretemixingstationandconfigurationoftechnicalconditionsconcretemixeristheconcretemixturesinacertainmixingratioofcementsandandgravelaggregateandwaterevenlymixedpreparationofconcreteandspecialmachinery.Itbymixingconsolethematerialweighingsystemmaterialconveyingsystemmaterialstoragesystemandcontrolsystemoflargesystemandotherancillaryfacilities.Isusedinmodernconcretebuildingofthemainmachinery.Hesavedtheproductiontimegreatlyimprovingthesales.Asthearticlealsointroducestheoperationprocedureanddailymaintenanceofthemixingstationandsomecommonfaultsofthesolution.Keywords:concretemixer:breakdownmaintenance:dailymaintenance基于PLC的混凝土搅拌站控制及监控程序设计摘要混凝土搅拌站是随着水泥的诞生而产生和发展的它是建筑、桥梁、道路、大坝等工程施工中的必备设备,它由贮料、配料、搅拌、放料等结构部件组成,是一个受多环节制约的复杂系统而随着我国经济建设的高速发展,综合国力不断增强,国家对基础设施建设的投资力度加大,拉动了城市商品混凝土的高速发展,同时,使混凝土搅拌站有了较大的发展空间,最初搅拌站仅以单机的形式出现,混凝土自拌自用,随着基础设施建设大规模的开展,产生了很大的商品混凝土市场,搅拌站的需求越来越大,计量要求越来越高,于是出现了各种不同形式带有计量装置的搅拌站,从而产生了现代的混凝土搅拌站常见的混凝土搅拌站控制方式有继电器直接控制、PLC和计算机结合以及PLC和配料控制器结合3种控制方式采用PLC和配料控制器结合控制的搅拌站性能可靠、性价比高,可以保证混凝土的质量,提高混凝土生产效率作为混凝土搅拌站的核心,控制及监控程序在计量精确、控制可靠、管理方便等方面的要求也日益提高本文针对PLC和配料控制器结合控制的搅拌站来设计其控制及监控程序设计中主要要完成的任务有系统构造、PLC的I/O分配、工作流程图及PLC程序的编写关键词:混凝土搅拌站;I/O分配;可编程控制器(PLC);自动控制目录TOC\o1-3\h\z\u摘要III目录II第一章绪论
11.1选题背景及意义
11.2混凝土搅拌机的现状及国内市场分析
11.3本论文的主要工作
21.
3.1混凝土搅拌站系统简介
21.
3.2混凝土搅拌站系统软件设计
21.
3.3程序的调试2第二章混凝土搅拌站系统概述
32.1混凝土搅拌站的组成
32.2电控系统的构成
42.3称重传感器的选择
72.4小结8第三章混凝土搅拌站控制系统设计
93.1控制系统设计的基本原则及步骤
93.2PLC的工作原理
103.3可编程控制器的选用及组态软件选择
123.
3.1可编程控制器的选用
123.
3.2组态软件选择
143.4混凝土搅拌站PLC程序设计
163.
4.1混凝土搅拌站PLC程序设计思想
163.
4.2混凝土搅拌装置的工艺流程
163.
4.3系统初始化程序及主程序设计
173.
4.4报警电路的设计
193.
4.5断电保护程序设计
193.
4.6I/O分配表和模拟量输入地址
203.
4.7位存储区(M)的使用概况
223.5小结22第四章程序调试
234.1仿真调试的准备工作
234.2仿真调试
254.
2.1系统初始化程序及主程序调试
254.
2.2报警程序的调试
264.
2.3模拟量处理
284.3小结28第五章结论与展望29参考文献30附录31附录1主程序梯形图31附录2报警子程序梯形图40第一章绪论
1.1选题背景及意义可编程序逻辑控制器(PLC)自它诞生以来至今,以其极高的性能价格比以及一系列人所共识的优点,受到越来越多的工程技术人员的重视它现在被广泛用于汽车生产、石油生产、IT制造、家电制造厂等工业控制系统场所,是现代制造业发展的重要技术之一它对工业的生产提供了良好的控制系统,它的广泛使用才使得人民不断增长的物质需求得到有利保障1969年美国DEC公司研制的第一台PDP-14型PLC随后,在二十世纪七十至八十年代一直简称为PC由于到90年代,个人计算机发展起来,也简称为PC;可编程序范围很大,所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称为PLCPLC在控制领域的应用是保持了广泛的增长趋势随着我国经济建设的高速发展,许多大型的基础工程及建筑工程相继开工建设优质的工程需要高品质的混凝土,而且随着人们环保意识的加强,为了减少城市噪音和污染,交通和建筑竹理部门要求施工用的混凝土集中生产和管理这样,不仅要求混凝土的配料精度高,而目要求生产速度快,因此,混凝土生产过程中搅拌设备自动控制系统日益受到人们的重视可编程控制器PLC具有可靠性高、功能完善、编程简单且直观,能够有效地弥补继电器控制系统的缺陷
1.2混凝土搅拌机的现状及国内市场分析从1903年德国建造世界上第一座预拌混凝土搅拌站以来,商品混凝土作为独立的产业己有100多年的历史随后,美国于1913年,法国于1933年建立了自己的搅拌站二次大战后,尤其是60年代到70年代,由于各国抓紧发展经济,医治战争的创伤,混凝土搅拌站得到了快速发展目前,德国、美国、意大利、日本等国家的搅拌站在技术水平和可靠性方面处于领先地位国外生产的搅拌站一般生产率在50m3/h~300m3/h,对于商品混凝土生产,搅拌站形式应用比较普遍,尤其在大型工程中被采用我国混凝土搅拌站楼的研制是从50年代开始的,在其发展过程中,型式的选取和主要技术参数基本上是根据用户要求和参考国外产品的自由状态国标GB10171-88混凝土搅拌站楼分类》和GB10172-88混凝土搅拌站楼技术条件》的颁布实施,将混凝土搅拌站楼的研制和生产纳入了标准管理的轨道,为其发展奠定了基础产品技术标准和预拌混凝土标准的要求中,对于混凝土搅拌站楼的技术指标己达到发达国家水平当今国内生产的混凝土搅拌站质量迅速提高,逐步取代了进口搅拌站,在国内已经占主导地位,其控制系统也得到快速发展国内大型混凝土搅拌站生产厂商包括:三一重工、珠海志美、上海华建、南方路机等自八十年代以来,我国混凝土机械有两次战略性产品结构调整,对行业的发展起到了举足轻重的作用一是八十年代初期混凝土搅拌机的升级换代,由双锥反转型、立轴和卧轴强制式混凝土搅拌机替代鼓筒型搅拌机,现在这三大系列产品的技术性能己达到国外同类机型的先进水平,从质量到数量上基本满足了国内需求;二是八十年代末到九十年代初“发展一站三车即混凝土搅拌楼站、混凝土搅拌输送车、臂架式混凝土泵车和散装水泥车,把我国商品混凝土机械搞上去”的战略,推动了混凝土机械行业的第二次产品结构调整,反映了混凝土机械行业稳定、持续、全面发展的深层次要求经过科研院所和生产企业的共同开发,适时引进国外先进的混凝土泵和混凝土搅拌输送车技术,使我国在商品混凝土机械的设计、制造能力和水平都有了很大提高,一些产品已有批量生产,其技术水平与当今世界水平同步,减少了进口,节约了外汇,取得了较好的经济效益和社会效益在“十五”乃至2010年期间,我国要建设一大批大型煤矿、油田、电站、机场、港口、高速铁路、高等级公路等重点工程,同时也要进行大量的城市道路、城镇住宅的开发与建设,这都需要大量的混凝土所以现在正是大力发展混凝土机械的大好时机,作为“一站三车”中的一站,混凝土搅拌楼站占有举足轻重的地位
1.3本论文的主要工作
1.
3.1混凝土搅拌站系统简介根据控制系统的总体设计思路对混凝土搅拌站的组成、电控系统的构成、称重传感器等硬件进行详细的分析、选型和设计,以便对混凝土搅拌站的硬件系统有一个大概的了解
1.
3.2混凝土搅拌站系统软件设计根据混凝土搅拌站的工艺流程画出程序流程图、进行PLC型号的选择、I/O端口的分配及写出梯形图程序,实现混凝土搅拌站控制系统对整个混凝土生产过程的可靠控制
1.
3.3程序的调试通过仿真软件对初始化程序、报警程序、断电保护程序进行调试和修改,使得程序更加符合设计的要求第二章混凝土搅拌站系统概述
2.1混凝土搅拌站的组成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,如图2-1图2-1混凝土搅拌站示意图1)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,水泥输送设备和添加剂输送设备由斗式提升机和螺旋输送机组成2)料斗设备料斗设备由贮料斗、卸料设备闸门、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,并不是大宗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3)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、高效的称量设备不仅能提高生产率,而且是生产优质高强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,首先是准确,其次是快速称量的不精确将对混凝土的强度产生很大的影响,同时又要满足一定的生产率称量设备从构造上可分为杠杆秤和电子秤等,其中,杠杆秤已经被淘汰为了适应各种不同的物料,秤斗在构造上略有不同水泥秤斗是圆形的,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4)搅拌设备即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
2.2电控系统的构成电控系统由PLC、智能元件、传感器、中间继电器和执行机构等构成,如图2-2图2-2电控系统构成
1、PLC采用德国西门子SIMATIC系列产品它具有兼容性好和可靠性高的特点,为搅拌站的整个电控系统带来了高质高品的性能,也有利于用户今后对搅拌站的更新与扩展,笔者设计的混凝土搅拌机的PLC外部接线图如图2-3所示
2、智能元件主要是指集显示、变送和控制于一体的配料控制器它有一个0~5V的模拟输出接口板,其模拟部分精度适合于
0.2%
0.1%、
0.05%包装秤使用
3、传感器主要包括称重传感器和行程开关等
4、执行机构包括骨料放料电磁法阀、水泥放料电磁法阀、水泵阀门、添加剂放料电磁阀、送料电机、搅拌电机等图2-3PLC外部接线图
2.3称重传感器的选择混凝土搅拌站控制系统主要采集的是各种物料的重量信号,故本系统选用的是压力传感器压力传感器是称重系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测物重量信号转换成容易测量的电信号输出,给称重仪表显示重量值,供控制或报警等使用影响称重传感器选型的因素
①称重传感器选型应考虑过负荷因素
②可靠性
③传感器的防护等级
④搅拌站的规模和工作类型
⑤称重传感器的准确度称重传感器的选型应充分考虑以上一些因素外,还应尽可能兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件工程机械搅拌设备用称重传感器的选型既要考虑混凝土搅拌楼站称重系统的基本要求,又要兼顾称重传感器的运行环境,还要削弱那些对称重传感器有重要影响的因素,合理地选择使用传感器根据不同类型和规模的搅拌设备选用相应的传感器混凝土搅拌站要求的传感器额定载荷从1kg~4000kg不等,骨料传感器的称量范围最大,一般为50kg~4500kg;外加剂传感器的额定载荷最小,一般不超过50kg综合分析了传感器的量程和范围、线性度、灵敏度和分辨率后,并且根据搅拌站中称重传感器的运行环境,选用的是HL-F1型方悬臂梁高精度压力传感器,如图2-4图2-4HL-F1型方悬臂梁压力传感器F型传感器具有
0.05%F.S的精度等级、2mv/v的灵敏度、
0.05%F.S的非线性、士
0.05%F.S/30min的蠕变和蠕变恢复、
0.05%F.S的滞后和重复性、
0.02%F.S/100℃的零点输出温度影响和额定输出温度影响、15VDC的最大工作电压,其额定载荷则为1~20TF型传感器采用剪切结构,抗偏载、抗侧向能力强,具有动态响应快、综合精度高、防尘、防潮、防水性能好的特点特别适合于恶劣环境,如建筑、水利、化工、电力、港口等行业的工程机械,如搅拌站、打桩机、配料秤、料斗秤等
2.4小结本章对混凝土搅拌站的组成、电控系统的构成以及传感器的选型作了简要的论述,使读者对混凝土搅拌站的硬件系统有了一个大概的了解第三章混凝土搅拌站控制系统设计
3.1控制系统设计的基本原则及步骤任何一种控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求,以提高生产效率和产品质量再设计控制系统时,应遵循以下基本原则1最大限度地满足被控对象的控制要求设计前,要深入现场进行调查研究,收集资料,并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合共同拟定电气方案,协同解决实际中出现的各种问题2在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便监控界面友好,简洁明快3保证控制系统的安全、可靠4考虑到生产的发展和工艺的改进,在选择PLC容量及MCGS监控点时,应该留有余量控制系统设计的一般步骤如图3-1所示图3-1PLC控制系统设计流程图
3.2PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式,其扫描过程如图3-2所示图3-2PLC循环扫描工作方式这个工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期内部处理阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器等在通信操作服务阶段,PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等,当PLC处于停STOP状态时,只进行内部处理和通信服务操作等内容在PLC处于运行RUN状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作
①输入处理输入处理也叫输入采样在此阶段,顺序读入所有输入端子的通断状态,并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器在此输入映像寄存器被刷新接着进入程序执行阶段在程序执行时,输入映像寄存器与外界隔离,即使输入信号发生变化,其映像寄存器的内容也不发生变化,只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息
②程序执行根据PLC梯形图程序扫描原则,按先左后右先上后下的步序,逐句扫描,执行程序但遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址从用户程序涉及到输入输出状态时,PLC从输入映像寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态,从输出映像寄存器读出对应映像寄存器的当前状态,根据用户程序进行逻辑运算,运算结果再存入有关器件寄存器中,对每个器件而言,器件映像寄存器中所寄存的内容,会随着程序执行过程而变化
③程序处理程序执行完以后,将输出映像寄存器,即器件映像寄存器中的Y寄存器的状态,在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电路,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载PLC的扫描既可按固定的顺序进行,也可按用户程序所指定的可变顺序进行这不仅因为有的程序不需要每扫描一次就执行一次,而目也因为在一些大系统中需要处理的I/O点数多,通过安排不同的组织模块,采用分时分批扫描的执行方法,可缩短循环扫描的周期和提高控制的实时响应性循环扫描的工作方式是PLC的一大特点,也可以说PLC是“串行”工作的,这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题由于PLC是扫描工作过程,在程序执行阶段即使输入发生了变化,输入状态映像寄存器的内容也不会变化,要等到下一周期的输入处理阶段才能改变暂存在输出映像寄存器中的输出信号,等到一个循环周期结束,CPU集中将这些输出信号全部输送给输出锁存器由此可以看出,全部输入输出状态的改变需要一个扫描周期换言之,输入输出的状态保持一个扫描周期扫描周期是PLC一个很重要的指标,小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒PLC的扫描时间取决于扫描速度和用户程序长短毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的,PLC的响应滞后是允许的但是对某些I/O快速响应的设备,则应采取相应的措施如选用高速CPU,提高扫描速度,采用快速响应模块、高速计数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间影响I/O滞后的主要原因有:输入滤波器的惯性;输出继电器接点的惯性;程序执行的时间;程序设计不当的附加影响等
3.3可编程控制器的选用及组态软件选择
3.
3.1可编程控制器的选用进行PLC选型时,应该从以下几个方面进行考虑:1I/O点数问题当控制对象I/O点在60点之内,I/O点数比为3:2时选用整体式小型PLC较为经济;当控制对象I/O点在100-300点左右,选用中小型模块式的较为合理;当控制对象I/O点在500点以上时就必须选用大型PLC2I/O类型问题I/O类型也是决定PLC选型的重要因素之一,一般而言,多数小型PLC只具有开关量I/O;PIDA/DD/A、位控功能一般只有大、中型PLC才有3联网通信问题联网通讯是影响PLC选型的重要因素之一,多数小型机提供较简单的RS-232通讯口,少数小型PLC没有通讯功能而大型PLC一般都有各种标准的通信模块可供选择4系统响应时间问题系统响应时间也是影响PLC选型的重要因素之一一般而言,小型PLC扫描时间为10-20ms/kb;中型PLC扫描时间在10ms/kb以下;大型PLC扫描时间在1ms/kb以下,而系统响应时间约为2倍的扫描周期5可靠性问题应从系统的可靠性角度,决定PLC的类型和组网形式,比如对可靠性要求极高的系统,可考虑选用双CPU型PLC或冗余控制系统/热备用系统6程序存贮器问题在PLC选型过程中,PLC内存容量、型式也是必须考虑的重要因素通常的计算方法是:I/O点数×8开关量+100×模拟量通道数模拟量+120×1+采样点数×
0.25多路采样控制进行PLC选型时,不要盲目地追求过高的性能指标另外,I/O点数,存贮容量应留有一定的余量以便实际工作中的调整确定PLC的型号以后,就必须对各种模块进行选型,开关量模块的选型主要涉及到如下几个问题:
①外部接线方式问题I/O模块一般分为独立式、分组式和汇点式通常,独立式的点均价格较高,如果实际系统中开关量输入信号之间不需隔离可考虑选择后两种
②点数问题前面所说,点数是影响PLC选型的重要因素,同样在进行I/O模块的选型时也必须根据具体点数的多少选择恰当的I/O模块一般而言,点数多的点均价就低
③开关量输入模块通常的开关量输入模块类型有有源输入、无源输入、光电接近传感器等输入进行开关量输入模块的选型时必须根据实际系统运行中的要求综合考虑
④开关量输出模块通常的开关量输出模块类型有继电器输出、可控硅输出和晶体管输出在开关量输出模块的选型过程中,必须根据实际系统运行要求及要求输出的电压等级进行相应的选型本系统中的称重系统主要为电子秤,它们所提供的模拟量和其它一些安全监测传感器所提供的开关量,作为PLC准确控制的依据模拟输入量包括砂料、石料等重量开关输入量有:系统开关按钮;搅拌机(翻斗门)的上限位、下限位;沙料箱、石料箱闸门开关;各种机器故障;报警销铃;手动回零等PLC的开关量输出有:搅拌机、石料输送机、沙料输送机、水泥螺旋输送机、水泵、添加剂螺旋输送机、翻斗机、传送带等这些信号经功率放大后驱动相应的执行机构本系统需要配置的I/O点如下:2个模拟量输入;19个开关量输入;22个开关量输出根据对上述控制任务的分析,本项目选择了Siemens的模块化中小型PLC系统S7-200,它能满足中等性能要求的应用,应用领域相当广泛其模块化、无排风扇结构、和易于实现分布,易于用户掌握等特点使得S7-200成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的方案S7-200系列所具有的多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块,使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块当任务规模扩大并且愈加复杂时,可随时使用附加的模块对PLC进行扩展SIMATICS7--200所具备的高电磁兼容性和强抗振动,抗冲击性,更使其具有最高的工业环境适应性此外,S7-200系列PLC还具有模块点数密度高,结构紧凑,性价比高,性能优越,装卸方便等优点
3.
3.2组态软件选择所谓工控组态软件是利用系统软件提供的工具,通过简单形象的组态工作,构成系统所需的软件组态软件正在代替各种计算机语言的软件开发,易学易用,深受工程开发人员的青睐近年来国内外的软件开发商和DCS生产厂商开发的组态软件品种繁多,如Intellution公司的FixDMACS,西门子公司的WinCC,研华公司的Genie等等组态软件大都由专业软件公司开发,提高了系统的成功率和可靠性,减轻了工程开发人员的工作量组态软件通常有以下几方面的功能:1强大的画面显示组态功能目前,工控组态软件大都运行于windows环境下,充分利用windows的图形功能完备,界面美观的特点,提供给用户丰富的作图工具,可随心所欲的绘制出各种工业画面,并可任意编辑,从而将开发人员从繁重的画面设计中解放出来,丰富的动画连接方式,如隐含、闪烁、移动等等,使画面生动、直观
(2)良好的开放性社会化的大生产,使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司的产品,“异构”是当今控制系统的主要特点之一开放性是指组态软件能与多种通讯协议互联,支持多种硬件设备开放性是商量一个组态软件好坏的重要指标组态软件向下应能与低层的数据采集设备通讯,向上能与管理层通讯,实现上位机和下位机的双向通讯3丰富的功能模块提供丰富的控制功能库,满足用户的测控要求和现场要求利用各种功能模块,完成实时监控、产生报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能,使系统具有良好的人机界面,易于操作系统既可适用于单机集中式控制,分布式控制,也可以是带远程通信能力的远程测控系统4强大的数据库配有实时数据库,可存储备种数据,如模拟型,离散型,字符型等,实现与外部设备的数据交换5可编程的命令语言有可编程的命令语言,使用户可根据自己的需要编写程序,增强图形界面6周密的系统安全防范对不同的操作者,赋予不同的操作权限,保证整个系统的安全可靠运行7仿真功能提供强大的仿真功能,使系统并行设计,从而缩短开发周期本文上位机组态软件采用北京亚控自动化软件科技有限公司开发的“组态王
6.5“组态王
6.5”以MicrosoftWindows95/Windows98/WindowsNT中文操作系统作为其操作乎台,充分利用了Windows图形功能完备,界面一致性好,易学易用的特点它使采用PC机比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性,大大减少了工控软件开发者的重复性工作,并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发“组态王
6.5”软件包由工程管理器TOUCHMAK和画面运行系统TOUCHVEW两部分组成工程管理器是“组态王
6.5”软件的核心部分和管理开发系统,它将画面制作系统中已设计的图形画面,命令语言,设备驱动程序管理,配方管理,数据报告等工程资源进行集中管理,它内嵌画面开发系统画面开发系统是应用程序的集成开发环境,程序员在这个环境中完成界面的设计、动画连接的定义等画面开发系统具有先进完善的图形生成功能:数据库中有多种数据类型,能合理地抽象控制对象的特性,对数据的报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能有简单的操作办法利用组态王丰富的图库,用户可以大大减少设计界面的时间,从整体上提高工控软件的质量TOUCHVEW是“组态王
6.5”软件的实时运行环境,用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面,并负责数据库与I/O服务程序数据采集组件的数据交换它通过实时效据库管理从一组工业控制对象采集到各种数据,并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来,同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能,并可生成历史数据文件工程管理器和TOUCHVEW是各自独立的Windows应用程序,均可单独使用;两者又相互依存,在工程管理器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在TOUCHVEW运行环境中才能运行
3.4混凝土搅拌站PLC程序设计
3.
4.1混凝土搅拌站PLC程序设计思想为了使PLC完成混凝土搅拌站整个生产过程的现场控制功能,PLC需要采集各秤的重量信号及其它传感器和行程开关提供的开关量信号,并对此进行处理后,输出对电磁阀、电动机等各执行机构的控制信号,其具体细节如下:1石料斗秤、沙料斗秤等由称重传感器感应的信号分别经称重变送器进入PLC由于变送器输出的是并行BCD码,所以需经过程序转换成二进制码,存储在PLC的数据寄存器中然后经过PLC程序处理.2各秤斗称量时,达到设定值时停止给料3由于秤斗上粘附的原料使称重产生偏差,所以需要进行去皮处理去皮时,PLC记下此时的重量,此重量即为基准零点在称量时用总重量减去基准零点值,得到的就是原料的准确重量4考虑到有可能因突然停电造成配料停止,为了不使已经配好的原料浪费,己经配好的原料的重量需要具有停电保护功能,所以在程序中,把这些重量信号存在可断电保持的数据寄存器中
[12]
[13]5由于搅拌站运行过程中各送料机及搅拌机等难免不出故障因此应设计故障报警程序.
3.
4.2混凝土搅拌装置的工艺流程搅拌站进行混凝土生产时,首先将骨料分别装入各自料仓,然后打开石料和砂料的给料阀门分别将骨料投入到秤斗进行称量,秤斗中的骨料不断增加直到电子秤指示到所要求的重量才控制下料阀门停止投料,然后启动平皮带和斜皮带将骨料卸入集料斗在骨料配料的同时搅拌机也开始搅拌因为同时在利用定时器进行水泥、所需水及外加剂的计量在混凝土所需的各种材料计量完毕后,控制集料斗和各秤斗开门,以把各种材料装入搅拌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站的门先半开,再全开,完成混凝土生产的一个循环在石料、砂料的称重计量时,系统用分别控制两个门进行快速粗略和慢速精确的计量,以减少称量时间和称量精度同理,对水的计量亦采用水粗称阀和水精称阀进行控制,而水泥、粉煤灰和防冻剂等添加剂则由计量螺旋机从各自料仓送入各自秤斗进行计量由于整台设备生产的连续性较强,控制系统中,每一个动作的前后时序性都有严格的要求,且到达某个状态时,必须保证与这一状态有关的动作全部完成,才可以进入下一个状态,因此必须通过设备上安装的限位开关和传感器对各执行机构的状态进行监控
3.
4.3系统初始化程序及主程序设计根据工作流程的要求,PLC控制程序执行输出动作时,计算机必须己经处于数据的采集与处理状态,因此,需要设定内部辅助继电器标志只有当计算机复位该标志时,PLC才能确认计算机已处于所要求的状态,否则必须关断所有输出负载,进入等待同理,结束时,判断停止条件:所有门、所有阀均己关闭;集料斗和秤斗均为空;本批搅拌结束且PLC无输出动作等,系统初始化程序及主程序流程图见图3-3图3-3主程序流程图
3.
4.4报警电路的设计由于条件有限,报警电路的设计较为简单,利用I
2.1~I
2.7作为各电动机故障信号程序运行流程图如图3-4所示:图3-4报警程序运行流程图
3.
4.5断电保护程序设计由于整个设备的工作流程是连续循环进行的,因此断电之后再起动必须仍然恢复断电前的状态程序设计选择具有断电保护的内部辅助保持继电器和数据,将气缸、电磁阀或电机的运行状态和参数进行保存,实现断电保护,如图3-5图3-5断电保护程序流程图
3.
4.6I/O分配表和模拟量输入地址表3-1数字量输入/输出地址表I/O分配表输入输出I
0.0启动Q
0.0循环开始信号灯I
0.1手动开始Q
0.1搅拌机I
0.2执行完本次循环后停止Q
0.2石料输送机I
0.3紧急停止Q
0.3沙料输送机I
0.4搅拌机下限位Q
0.4水泥螺旋输送机I
0.5搅拌机上限位Q
0.5水泵I
0.6石料箱闸门状态Q
0.6添加剂螺旋输送机I
0.7沙料箱闸门状态Q
0.7翻斗机下翻I
1.0Q
1.0翻斗机上翻I
1.1Q
1.1传送带I
1.2Q
1.2石料箱放料闸门线圈I
1.5石料箱放料完成Q
1.3沙料箱放料闸门线圈I
1.6沙料箱放料完成Q
1.4所有配料都放入搅拌机指示灯I
1.7报警电路试灯、试铃Q
1.5一次循环结束指示灯I
2.0消铃按钮Q
2.0报警玲声I
2.1搅拌机故障Q
2.1搅拌机故障指示灯I
2.2石料输送机故障Q
2.2石料输送机故障指示灯I
2.3沙料输送机故障Q
2.3沙料输送机故障指示灯I
2.4水泥螺旋输送机故障Q
2.4水泥螺旋输送机故障指示灯I
2.5水泵故障Q
2.5水泵故障指示灯I
2.6添加剂螺旋输送机故障Q
2.6添加剂螺旋输送机故障指示灯I
2.7翻斗机故障Q
2.7翻斗机故障指示灯表3-2模拟量输入地址AIW2AIW4石料重量(石料重量传感器输入)沙料重量(沙料重量传感器输入)根据I/O点数及其特性,配置如表3-3所示表3-3CPU及模块配置表模块名称设备×数量输入输出点数CPUCPU226×124I/16O扩展模块EM222×18点DC24V输出8OEM231×14路模拟量输入4AIW统计CPU模块1块扩展模块2块数字量输入24路冗余5路数字量输出24路冗余2路模拟量输入4路(冗余2路)该配置满足系统需要配置的I/O点根据I/O分配表设计的控制面板简图如图3-6所示图3-6控制面板简图该控制面板的上一排为各输出显示下边一排为各输入按钮.
3.
4.7位存储区(M)的使用概况表3-4位存储区(M)的使用概况位存储区控制信号位存储区控制信号M
0.1石料箱放料完信号M
1.0添加剂输送完毕信号M
0.2沙料箱放料完信号M
1.1所有物料配制完毕信号M
0.3关闭传送带信号M
1.3完成一次循环指示灯信号M
0.4沙料和石料都放入搅拌机信号M
3.0闪烁信号M
0.5水泥输送完毕信号M
3.1搅拌机故障消铃信号M
0.6水泵停止送水信号M
3.2石料输送机故障消铃信号M
3.3沙料输送机故障消铃信号M
3.4水泥螺旋输送机故障消铃信号M
3.5水泵故障消铃信号M
3.6添加剂螺旋输送机故障消铃信号M
3.7翻斗机故障消铃信号以上表格中列出了程序编写过程中使用到的主要位存储区及其控制的信号
3.5小结本章对作为控制系统现场控制站的PLC的原理、特点、应用领域进行了介绍,并对PLC进行选型;结合搅拌站的控制流程,设计了PLC程序流程图和梯形图程序等,并以组态王
6.5软件为平台,进行工控机监控软件的设计第四章程序调试由于条件限制,本人无法购买PLC,而实验室的S7-200的输入输出点数又不能满足要求,使得运行STEP7-Micro/WIN的计算机与PLC之间无法建立起通信只能使用仿真软件来进行仿真调试
4.1仿真调试的准备工作第一步程序编辑好之后,要进行编译在STEP7-Micro/WIN
3.2编程软件(因为我所下载的仿真软件只支持
3.2版本的)中选择菜单“PLC(P)”,并选择其下拉菜单“全部编译”即可,如图4-1图4-1程序的编译第二步执行菜单命令“文件” “导出”,在弹出的对话框中输入导出的ASCLL文本文件的文件名,默认的文件扩展名为“awl”,如图4-2图4-2程序的导出第三步仿真软件的设置打开仿真软件后,执行菜单命令“配置” “CPU型号”,在“CPU型号”对话框的下拉列表中选择CPU的型号为CPU226(与编程软件选择的CPU一致),使用CPU的默认网络地址2,见图4-3CPU模块右边空的方框是扩展模块的位置,双击紧靠已配置的模块右侧的方框,在出现的“配置扩展模块”对话框中选择需要添加的模块,此处我选择两个扩展模块数字量扩展模块EM222和模拟量扩展模块EM231图4-3CPU设置第四步下载程序点击仿真软件工具条中左边第2个按钮,一般选择下载全部块,按[确定]按钮后,在“打开”对话框中选择要下载的“*.awl”文件下载成功后,CPU模块中间会显示下载的程序的名称,同时会出现下载的程序代码文本框,可关闭该文本框第五步模拟调试程序用鼠标点击CPU模块下面的开关板上的灰色小开关,可使小开关的手柄向上,触点闭合,PLC对应的LED(发光二极管)变为绿色,再点击一次可使其手柄向下,触点断开带输入的数字量扩展模块下面也有小开关与用“真正”的PLC做实验相同,对于数字量控制,在RUN模式下用开关切换各小开关的通断状态,改变PLC的输入变量的状态,通过LED观察PLC输出点的状态变化,可以了解程序执行的结果是否正确另外还通过仿真软件中命令“查看”“内存监视”来了解程序的执行情况如图4-4,图中“2#1”表示二进制值1使用内存监视的方法适用于位存储器M\特殊位存储器SM\定时器\计数器等图4-4仿真软件中的内存监视
4.2仿真调试
4.
2.1系统初始化程序及主程序调试第一步测试程序的起停是否符合要求在仿真软件中下载程序后,点击工具栏的绿色三角形按钮,可切换到运行模式在运行模式下,点击I
0.0启动按钮,则Q
0.0(循环开始指示灯)的LED亮;点击I
0.1(手动开始),各电机启动信号灯Q
0.1\Q
0.2\Q
0.3\Q
0.4\Q
0.5\Q
0.6没有亮,这是因为不具备开始条件搅拌机在上限位且石料箱和沙料箱放料闸门关,点击I
0.5(搅拌机上限位)\I
0.6(石料箱闸门)\I
0.7(沙料箱放料闸门),使其闭合,则各电机启动信号灯亮程序继续运行,点击I
0.2(运行完本次循环后停止),程序继续运行,不受干扰;点击I
0.3(紧急停止),则所有输出信号灯灭从而可以看出起停符合要求第二步测试各电机的起停是否符合要求点击手动开始按钮,并适时点击各行程开关及闸门状态开关,测试各个电机是否能够正常起停第三步产生“所有配料都放入搅拌机”信号的程序调试该信号的产生对搅拌站的正常运行有着极其关键的作用,该信号的调试可使用内存监视来实现图4-5为使用仿真软件中的内存监视功能实现调试图4-5图中M
0.
4、M
0.
5、M
0.
6、M
1.0都是用相应电机信号的下降沿实现置位,用M
1.1信号实现复位
4.
2.2报警程序的调试第一步按下I
1.7(试灯、试铃按钮),则Q
2.0(报警玲声)、Q
2.1(搅拌机故障指示灯)……Q
2.7(翻斗机故障指示灯)全部变亮,否则为错误,须进行修改第二步第一步调试正确的情况下,按下相应的模拟故障按钮,看对应的指示灯是否闪烁、Q
2.0(报警玲声)是否亮,否则为错误,须进一步修改第三步第二步调试正确的情况下,按下I
2.0(消铃按钮),则Q
2.0(报警玲声)灭,相应的故障指示灯转为常亮,否则为错误第四步第三步调试正确的情况下,使产生故障的触点断开,则相应指示灯灭,否则为错误报警电路部分梯形图如图4-6图4-6报警电路部分梯形图
4.
2.3模拟量处理本程序设计中的模拟量输入量为压力,模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电压(0~10v),PLC用A/D转换器将它们转换为数字量存储在AIW2和AIW4中,然而,要在程序设计中应用,特别要在仿真软件中应用,还得进一步处理,我选用字比较指令在程序中实现其功能,并可在仿真软件中使用如图4-7所示图4-7用比较指令处理模拟量另外模拟量的处理还可先将给定值或A/D转换后得到的整数值由16位整数转换为浮点数然后将实数转换为
0.0~
1.0之间的标准化实数参看以下语句表:XORDAC0AC0将整数值由16位整数转换为浮点数MOVWAIW0AC0LDW=AC0+0JMP0NOTORD16#FFFF0000AC0LBL0DTRAC0AC0/R
32000.0AC0将实数转换为
0.0~
1.0之间的标准化实数MOVDAC0VD
2004.3小结本章通过仿真软件对初始化程序及报警程序进行了调试和修改,使得程序更加符合设计的要求第五章结论与展望本文从混凝土搅拌站的产生、发展、结构及工艺流程和软件设计的介绍分析开始进行了全局的研究设计,第二章接着分析了混凝土搅拌站测控系统的具体计量机构、控制方式,并提出了基于集散控制系统的搅拌站控制方式;最后对集散控制系统进行了详细阐述,并基于集散控制系统对混凝土搅拌站的测控系统进行了总体布置并且对称重系统现状和构造进行了分析,然后对其主要组成部分称重传感器及其变送器的原理、结构、选择设计进行了阐述,最后对称重系统进行了选型,并给出其结构和功能第三章对现场控制站PLC的原理、特点、应用领域进行了介绍,并针对搅拌站的电气输入输出的点,对PLC进行选型;结合搅拌站的控制流程,利用西门子梯形图编程语言,进行PLC程序的设计;对测控系统操作员站和工程师站的工控机进行选型,并以工控的组态王
6.5为平台,进行工控机监控软件的设计但是由于作者的水平有限和时间问题,期望的控制系统还有很多问题需要进一步深入研究与设计:1断电保护系统及报警系统需要进一步设计;2混凝土搅拌站生产过程中利用定时器作为粉料及液态原料配料控制器是否可以满足配料精度正需要进一步的研究;3)方便地利用面板按钮来实现配料的配比改变需要进一步设计;4如果在一次循环中突然断电,导致混凝土凝固在搅拌机中,是否可以设计清除系统或设计一种能够使其不会凝固的系统采用S7-200PLC和配料控制器控制混凝土搅拌站的整个配料过程简化了线路提高了工作的可靠性降低了系统的故障率随着工业控制系统的发展,现场控制总线作为一种智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的新兴通信总线,在工程中的应用日益广泛在今后的混凝土搅拌站发展过程中,集散控制系统和现场控制总线将逐渐融合,并利用神经网络在误差补偿方面的优势,进一步促进混凝土生产过程可靠性和混凝土生产质量、生产效率的提高参考文献
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[17]吴作明.工控组态软件与PLC应用技术[M].北京北京航空航天大学出版社,
2007.1附录附录1主程序梯形图附录2报警子程序梯形图石料箱沙料箱沙料输送机石料输送机添加剂螺旋输料机水泥螺旋输料机水泵电机沙料重量传感器石料重量传感器放料闸门传送带翻斗倒成品时下限位上料时上限位搅拌机RS-232打印机PCPLC传感器智能元件中间继电器执行机构混凝土搅拌站报警玲声搅拌机故障指示灯石料输送机故障指示灯沙料输送机故障指示灯水泥螺旋输送机故障指示灯水泵故障指示灯添加剂螺旋输送机故障指示灯翻斗机故障指示灯石料箱放料完成沙料箱放料完成报警电路试灯、试铃消铃按钮搅拌机故障石料输送机故障沙料输送机故障水泥输送机故障水泵故障添加剂输送机故障翻斗机故障1LQ
2.01MQ
2.1Q
2.2Q
2.3L+Q
2.4Q
2.5Q
2.6MQ
2.7EM222数字量扩展模块I
0.0I
0.1I
0.2I
0.3N1ML1I
0.41LI
0.5Q
0.1I
0.6Q
0.2I
0.7Q
0.3I
1.52LI
1.6Q
0.4I
1.7Q
0.5I
2.0Q
0.6I
2.1Q
0.7I
2.2Q
1.0I
2.3Q
1.1I
2.4Q
1.2I
2.5Q
1.3I
2.6Q
1.4I
2.7Q
1.52ML+MDC24V启动手动开始执行完本次循环后停紧急停止搅拌机下限位搅拌机上限位石料箱闸门状态沙料箱闸门状态搅拌机石料输送机沙料输送机水泥螺旋输送机水泵添加剂螺旋输送机翻斗机下翻翻斗机上翻传送带石料箱放料闸门线圈沙料箱放料闸门线圈配料都放入指示灯一次循环结束指示灯NNYY确定控制对象和控制任务PLC及组态软件的选择I/O及监控地址分配软件设计及模拟调试电气系统设计硬件组装通电实验正确?符合控制要求?联机调试编制技术文章现场安装调试交付使用修改软件或硬件STOPRUN内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理CPU运行方式更新时钟和特殊寄存器电源ONCPU正常否执行自诊断112存放自诊断错误结果致命错误CPU强制为STOP2YNYNYN2翻斗机停止,开始计时2分钟2分钟时间到?搅拌机上升下翻到下限位?上升到上限位?3一次循环结束指示灯亮,10秒后自动灭34YY2YNYNYNNNYNNYYYNNN启动循环开始指示灯亮?添加剂螺旋输料机开水泥螺旋输料机开水泵电机开沙料输送机开搅拌机开开始计时5分钟石料输送机开沙料称量完毕?闸门打开,传送带启动1沙料箱放料毕?石料称量完毕?NY石料箱放料毕?闸门关闭闸门关闭传送带上没有物料?传送带关闭开始计时3分钟开始计时
0.5分钟
0.5分钟到?3分钟到?5分钟到?YY开始记录搅拌时间5分钟,配料完毕指示灯亮,10秒后自动灭所有配料都放入搅拌机?1搅拌时间到?搅拌机停止,翻斗机下翻卸混凝土4手动开始N搅拌机在上限位且石料箱和沙料箱放料闸门关?闸门打开,传送带启动5故障产生故障指示灯亮,报警电铃响按消铃按钮关闭电铃,报警指示灯变为常亮消除故障报警灯熄灭按下试灯、试铃按钮Y系统初始化原始配方及控制参数初始化是否执行断电恢复?调入断电时的状态接上次断电时状态运行N一次循环结束54传送带指示灯翻斗机上翻指示灯翻斗机下翻指示灯添加剂螺旋输送机指示灯水泵指示灯水泥螺旋输送机指示灯沙料输送机指示灯石料输送机指示灯搅拌机指示灯所有配料都放入搅拌机指示一次循环结束指示灯循环开始指示灯翻斗机故障指示灯添加剂螺旋输送机故障指示灯水泵故障指示灯水泥螺旋输送机故障指示灯沙料输送机故障指示灯石料输送机故障指示灯搅拌机故障指示灯报警玲声消铃按钮报警电路试灯、试玲紧急停止执行完本次循环后停止手动开始启动报警玲声搅拌机故障指示灯石料输送机故障指示灯沙料输送机故障指示灯水泥螺旋输送机故障指示灯水泵故障指示灯添加剂螺旋输送机故障指示灯翻斗机故障指示灯。