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PLC在混凝土搅拌站中的应用【PLC类】【3张图纸】【优秀】

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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。本程序通过控制发电机运转、皮带启动、螺旋输送机的运行等方面控制混凝土搅拌站的运行。　

关键词：混凝土搅拌站；I/O分配；可编程控制器（PLC）；自动控制

摘要III

ABSTRACTIV

1 绪论1

1.1 本课题研究的内容和意义1

1.2 国内研究以及混凝土搅拌机的现状和国内市场分析1

1.2.1 国外PLC发展状况1

1.2.2 国内PLC发展状况2

1.3 本课题应达的要求:2

2 混凝土搅拌站设备3

2.1 水泥的运输、存储3

2.1.1 水泥罐车3

2.2 水泥料仓5

2.2.1 粉料罐5

2.2.2 仓顶收尘机6

2.2.3 压力安全阀6

2.2.4 吹灰管6

2.2.5 料位指示器6

2.2.6 手动蝶阀7

2.2.7 粉料罐7

2.2.8 破拱装置7

2.2.9 检修梯子7

2.2.10 仓体7

2.2.11 支腿7

2.3 水泥料仓的工作原理8

2.4 配料站8

2.4.1 粉料称量8

2.4.2 称重传感器9

2.5 物料输送系统10

2.5.1 骨料输送10

2.5.2 粉料输送10

2.5.3 液体输送10

2.6 混凝土搅拌机11

3 混凝土搅拌站PLC程序设计12

3.1 混凝土搅拌站接线图12

3.2 电器控制构成14

3.2.1 PLC的工作原理15

3.2.2 可编程控制器的选用及组态软件的选择17

3.3.2 模拟输入量包括砂子、石子等重量17

3.2.4 I/O分配表17

3.2.5 PLC接线图18

3.2.6 智能元件19

3.2.7 传感器20

3.2.8 执行机构20

3.3 混凝土搅拌站工作流程20

3.4 系统初始化程序及主程序设计20

3.5 断电保护程序设计22

3.6 模拟量输入地址23

3.7 位存储区（M）的使用概况23

4 混凝土搅拌站控制系统设计24

5 混凝土配合比计算26

5.1 混凝土配制强度计算26

5.2 水灰比计算26

5.3 用水量计算26

　　5.3.1 干硬性和塑性混凝土用水量的确定27

5.3.2 流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤计算27

5.4 水泥用量计算27

5.5 粗骨料和细骨料用量的计算27

6 结论与展望29

6.1 结论29

6.2 不足与展望29

致谢30

参考文献31

附录32

1 绪论

1.1 本课题研究的内容和意义

　　在建筑行业中使用最多的材料是各种强度的混凝土。不同强度的混凝土是由不同比例的水泥、砂子、石子和水混合搅拌而成。本课题研究内容是利用PLC技术，使混凝土搅拌站实现全自动地配制各种强度的混凝土。现在国内的混凝土的运算制作大部分是由人工完成的，理论上PLC可以代替人工运算混凝土的配合比以及对原材料的称重。使用PLC技术不仅可以提高生产效率，而且还能减轻工人劳动强度，并确保生产的混凝土符合国家标准。1.3 本课题应达的要求:

　　因为PLC可以内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、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。所以可以将预先算好的数值输入进机器中，当操作现场需要进行混凝土的制作是PLC可以按照预先的输入的数值控制混凝土搅拌站的工作。

　　1、按混凝土标号的国家标准，在PLC预先输入不同标号混凝土的水泥、砂、石子和水的比例

　　2、在触摸屏上输入混凝土的强度和数量；PLC根据预先在计算机中输入的1m3的混凝土需要用到的水泥、砂子、石子和水的用量，再乘以用户指定的混凝土的数量从而计算出水泥、砂、石子用量。

　　3、PLC控制水泥料仓、配料站和电磁流量计（电磁阀）控制物料的重量。

　　4、用户从触摸屏输入信息，PLC向水泥料仓中的螺旋输送机发出信号，螺旋输送机开始工作，输出指定量的水泥，同时配料站输出指定量的砂子、石子。材料通过皮带输送进10m3的混凝土搅拌机中。这时PLC开始控制水的注入，到达指定量后电磁阀关闭。混凝土搅拌机开始工作。时间到后混凝土搅拌机倒出搅拌好的混凝土。

2混凝土搅拌站设备[7][8]

　　混凝土搅拌站是由最基本的组成部分是由五个部分组成的：运输设备（传送带）、料斗设备（石子仓、砂仓）、称量设备（水泥秤、水秤、添加剂秤）和辅助设备。如图2.1所示。2.1 水泥的运输、存储

　　2.1.1 水泥罐车

　　水泥罐车混凝土是由水泥、砂子、石子和水经过搅拌而成常用建筑材料，砂子、石子不怕潮湿暴晒因此可以露天存放。水泥为粉状水硬性无机胶凝材料。能够在空气中或者在水中更好的硬化，未加工的水泥为粉状，易受潮。因此水泥运输储藏需要特殊的设备，水泥罐车便是运输水泥的特殊机械设备。

　　水泥罐车由专用汽车底盘、散装水泥车罐体、气管路系统、传动装置等四部分组成，工作动力从汽车变速箱中引出，通过取力器传动装置驱动空压机，产生的压缩空气经控制管路进入气室内，使管内粉粒物料产生流态化现象。当压力达到0.196Mpa时，打开料蝶阀，实现卸料。

　　2.1.1.1 罐体

罐体总成主要由筒体、加料口、流态化床、出料管总成、进气管及其他附件组成。如图2-2罐体为直筒圆柱式结构，其制作工艺良好，能实现埋弧焊接，筒体采用5mm优质钢板卷制而成，两端采用6mm厚标准椭圆封头，焊接牢固，具有整体强度高、刚性好、承压好、使用性能好等特点。罐体为单仓两气室结构，罐内流化床宽度适中，布置合理，

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内容简介：: 无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： PLC在混凝土搅拌站中的应用信机系机械工程及自动化专业学号： 0951295 学生姓名：孙天奇指导教师：陈浩（职称：高级工程师）（职称：） 2012年11月25日课题来源从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。在70年代左右出现的可编程控制器采用计算机储存程序和顺序执行的原理，使得人们很容易地学习使用。将混凝土搅拌站和PLC控制程序相结合可以大大的减少劳动强度和工作时间。科学依据1、课题的科学意义在建筑行业中使用最多的材料是各种强度的混凝土。不同强度的混凝土是由不同比例的水泥、砂子、石子和水混合搅拌而成。本课题研究内容是利用PLC技术，使混凝土搅拌站实现全自动地配制各种强度的混凝土。现在国内的混凝土的运算制作大部分是由人工完成的，理论上PLC可以代替人工运算混凝土的配合比以及对原材料的称重。使用PLC技术不仅可以提高生产效率，而且还能减轻工人劳动强度，并确保生产的混凝土符合国家标准。2、PLC应用在混凝土搅拌站研究状况及其发展前景随着我国经济建设的飞速发展，许多大型的基础工程及建筑工程相继开工。在工地上需要用到大量的优质的混凝土，而且人们的环保意识日益增强，为了配合和谐社会的建设、减少城市噪声污染，政府会要求施工使用的混凝土进行集中的生产和管理。这样会使混凝土的配料精度提高，并且要求生产速度要快质量要好。因此混凝土生产过程中搅拌设备的自动控制系统越来越受到人们的重视。可编程控制器具有可靠性高、功能完善、编程简单直观等优点可以有效的弥补继电器控制系统的缺失。国外生产的搅拌站一般生产率在50m3/ h300m3/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，对于混凝土搅拌站的技术指标已达到发达国家水平。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、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，混凝土搅拌楼占有举足轻重的地位。3、应用前景根据ARC的调查和估计，2000年是PLC的市场达到1亿4千5百万美元，2001年差不多又增长了一倍，所以PLC与工业、建筑等领域的结合的前景是非常广阔的前景。研究内容了解混凝土搅拌站的工作原理，国内外的研究发展现状；完成混凝土搅拌站的接线图；完成I/O模块；熟练掌握S7-200的使用，在使用编写梯形图；完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料1篇。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析了解完混凝土搅拌站所有设备之后，不难发现其工作的原理和各个设备之间运行的先后顺序。于是可以先确定各个设备起到的作用，在整个混凝土搅拌站中起到的作用。比如说水泥料仓起到储存、运送、计量水泥的功能，配料站可以储藏砂子、石子和添加剂等原料。传送带可以将输出的原料送到搅拌机中，不同重量比的水泥、砂子、石子和水在搅拌机中搅拌一定时间后就可以得到不同标号的混凝土了。控制混凝土搅拌站的所有设备可以由PLC进行控制。因为它具备逻辑控制、定时、计数等功能，完全可以控制混凝土搅拌站中各个设备的先后启动顺序。控制启动时间。根据三年多所学的专业知识及通过参阅电器控制与PLC应用、PLC控制系统工作方式的分析和研究及相关图册资料，综合考虑混凝土的制造成本和周期，本人拟采用的总体方案是：事先在PLC中输入不同混凝土标号的标准单位的水泥、砂子、石子和水的重量比。当用户要制作混凝土时PLC可自行运算，将基本数值乘以需要制作的混凝土的重量。程序通过运算得到的混凝土原料的重量，然后PLC控制各个设备的运行输出定量的原料，经过搅拌机的搅拌得到用户指定标号、重量的混凝土。该设计方案经慎重考虑，多次试验，多次论证，应该是切实可行的。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年11月27日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2012年11月28日-2012年2月10日：填写毕业实习报告,学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年2月15日-2013年2月27日：完成毕业设计开题报告。2013年3月1日-2013年3月10日：混凝土搅拌站接线图。2013年3月11日-2013年3月 26 日：I/O分配表、梯形图。2013年4月 1 日-2013年5月10日：毕业论文撰写。2013年5月 10日-2013年 5月20日：毕业论文修改工作。成果：通过编写的程序混凝土搅拌站能够有效的节约时间生产成本和制作出符合国家标准的混凝土。可以准确的生产不同标号的混凝土。特色或创新之处（1）能解决生产效率低、劳动强度大的问题，还大大提高了效率。已具备的条件和尚需解决的问题已具备的条件：设计过程中所需要的各种软硬件资源和相关产品实物照片。尚需解决的问题：相关文献资料的缺乏，对一些程序部分的具体编写指导，以及在实际中运行的测试。指导教师意见指导教师（签名）：年月日教研室（学科组、研究所）意见系主任（签名）：年月日系意见主管领导签名：年月日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） PLC在混凝土搅拌站中的应用是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械94 c 学号： 0951295 c 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日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。本程序通过控制发电机运转、皮带启动、螺旋输送机的运行等方面控制混凝土搅拌站的运行。关键词：混凝土搅拌站；I/O分配；可编程控制器（PLC）；自动控制ABSTRACT Concrete mixing stations were produced and developed with the birth of cement. It is the construction of the necessary equipment for buildings, bridges, roads, dams and other projects. Its constructed from storage materials, ingredients, stirring, discharge, and other structural components, and it is a subject to the constraints of the complex multi-link system. As Chinas economic construction and the rapid development, Comprehensive national strength constantly enhance the states infrastructure construction investment increased to boost the citys rapid development of ready-mixed concrete, so that the concrete mixing stations have larger space for development, the initial Mixing station only in the form of stand-alone, self-mix concrete-occupied, with the construction of infrastructure facilities for large-scale, a lot of ready-mixed concrete market was developed, the demand for mixing stations are larger and larger, and measures are increasingly demanded, so the mixing stations with various forms of measurement devices were developed, thereby the modern concrete mixing station was created. Common concrete mixing stations control ways may be the three kinds: Relay direct control, PLC and computer combination of ingredients and the PLC and controller combination. But PLC controller and a combination of ingredients control of the mixing station is reliable, cost-effective and can ensure the quality of concrete, increase the production efficiency. As the core of concrete mixing stations. The controlling and monitoring program in the measurement precise, reliable control, easy management and other aspects is increasingly demanded. This paper for PLC and the combination of ingredients controller to control the mixing station will design its controlling and monitoring program . In the main text I must complete a systematic structure, the I / O distribution of PLC and prepare the work flow chart and PLC program.Key words: concrete mixing station; the I / O distribution; programmable logic controller (PLC); automatic control 目录摘要IIIABSTRACTIV1 绪论11.1 本课题研究的内容和意义11.2 国内研究以及混凝土搅拌机的现状和国内市场分析11.2.1 国外PLC发展状况11.2.2 国内PLC发展状况21.3 本课题应达的要求:22 混凝土搅拌站设备32.1 水泥的运输、存储32.1.1 水泥罐车32.2 水泥料仓52.2.1 粉料罐52.2.2 仓顶收尘机62.2.3 压力安全阀62.2.4 吹灰管62.2.5 料位指示器62.2.6 手动蝶阀72.2.7 粉料罐72.2.8 破拱装置72.2.9 检修梯子72.2.10 仓体72.2.11 支腿72.3 水泥料仓的工作原理82.4 配料站82.4.1 粉料称量82.4.2 称重传感器92.5 物料输送系统102.5.1 骨料输送102.5.2 粉料输送102.5.3 液体输送102.6 混凝土搅拌机113 混凝土搅拌站PLC程序设计123.1 混凝土搅拌站接线图123.2 电器控制构成143.2.1 PLC的工作原理153.2.2 可编程控制器的选用及组态软件的选择173.3.2 模拟输入量包括砂子、石子等重量173.2.4 I/O分配表173.2.5 PLC接线图183.2.6 智能元件193.2.7 传感器203.2.8 执行机构203.3 混凝土搅拌站工作流程203.4 系统初始化程序及主程序设计203.5 断电保护程序设计223.6 模拟量输入地址233.7 位存储区（M）的使用概况234 混凝土搅拌站控制系统设计245 混凝土配合比计算265.1 混凝土配制强度计算265.2 水灰比计算265.3 用水量计算265.3.1 干硬性和塑性混凝土用水量的确定275.3.2 流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤计算275.4 水泥用量计算275.5 粗骨料和细骨料用量的计算276 结论与展望296.1 结论296.2 不足与展望29致谢30参考文献31附录32IIIPLC在混凝土搅拌站中的应用1 绪论1.1 本课题研究的内容和意义在建筑行业中使用最多的材料是各种强度的混凝土。不同强度的混凝土是由不同比例的水泥、砂子、石子和水混合搅拌而成。本课题研究内容是利用PLC技术，使混凝土搅拌站实现全自动地配制各种强度的混凝土。现在国内的混凝土的运算制作大部分是由人工完成的，理论上PLC可以代替人工运算混凝土的配合比以及对原材料的称重。使用PLC技术不仅可以提高生产效率，而且还能减轻工人劳动强度，并确保生产的混凝土符合国家标准。1.2 国内研究以及混凝土搅拌机的现状和国内市场分析56国外生产的搅拌站一般生产率在50m3/ h300m3/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。从50年代开始我国混凝土搅拌站开始自主研制，在发展过程中，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，为我国混凝土搅拌站的事业发展奠定了基础。产品技术标准和预拌混凝土标准的要求中，对于混凝土搅拌站的技术指标已达到发达国家水平。现在国内生产的混凝土搅拌站的质量迅速提高，逐步取代了原先的进口搅拌站在我国的主导地位，中国制造的混凝土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。从八十年代以来，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：第一次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已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；第二次是“发展一站三车”阶段（即混凝土搅拌楼、混凝土搅拌输送车、臂架式混凝土泵车和散装水泥车），让我国的混凝土机械充满新希望的战略，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。适时引进国外先进的混凝土泵和混凝土搅拌输送车技术，经过科研院所和生产企业的共同开发，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，混凝土搅拌站占有举足轻重的地位。1.2.1 国外PLC发展状况PLC从1969年问世以来，虽然至今还不到50年，以其具有通用灵活的控制性能，简单方便的使用性能，及可以适应各种工业环境的高可靠性，在各工业领域得到广泛应用，且市场份额每年都在增加。19701980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现，但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可。19801990:年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块行、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。19002000年：PLC的高性能与小型化阶段，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。 34根据 ARC 的调查和估计，1997年全球的软PLC市场有3千6百万美元，到2000年 PLC的市场达到了1亿4千5百万美元，2001年差不多又增长了一倍。目前，欧美等西方国家都把软PLC作为一个重点投资对象进行研究开发。工业领域已经开始使用软PLC产品，而且软PLC的市场需求量也在不断的增长。1.2.2 国内PLC发展状况PLC的应用在1990年左右就已经传到中国了，但是制作PLC技术大约在 1996 年以后才被介绍到国内来。目前国内的一些工控方面的公司及研究机构在这方面也开展了部分基础技术研究工作，但起步较晚，现在还没有一家公司或机构可以推出比较完整的产品。国内有一些著名的自动化软件公司（如北京亚控自动化软件科技有限公司）正在研究开发具有自主版权的中文软PLC产品，另外也有一些自动化工程公司开始代理销售这些商用化的软PLC产品。我国自行开发的DCS系统，如上海自仪公司的SUPMAX- 800，选用法国 CJ International公司的符合IEC61131-3的IsaGraf和美国的强实时操作系统Vxworks。从总的研究情况来看，目前国内软PLC的技术与国外相比，技术水平相差很大。 1.3 本课题应达的要求:因为PLC可以内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、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。所以可以将预先算好的数值输入进机器中，当操作现场需要进行混凝土的制作是PLC可以按照预先的输入的数值控制混凝土搅拌站的工作。1、按混凝土标号的国家标准，在PLC预先输入不同标号混凝土的水泥、砂、石子和水的比例2、在触摸屏上输入混凝土的强度和数量；PLC根据预先在计算机中输入的1m3的混凝土需要用到的水泥、砂子、石子和水的用量，再乘以用户指定的混凝土的数量从而计算出水泥、砂、石子用量。 3、PLC控制水泥料仓、配料站和电磁流量计（电磁阀）控制物料的重量。4、用户从触摸屏输入信息，PLC向水泥料仓中的螺旋输送机发出信号，螺旋输送机开始工作，输出指定量的水泥，同时配料站输出指定量的砂子、石子。材料通过皮带输送进10m3的混凝土搅拌机中。这时PLC开始控制水的注入，到达指定量后电磁阀关闭。混凝土搅拌机开始工作。时间到后混凝土搅拌机倒出搅拌好的混凝土。2混凝土搅拌站设备78混凝土搅拌站是由最基本的组成部分是由五个部分组成的：运输设备（传送带）、料斗设备（石子仓、砂仓）、称量设备（水泥秤、水秤、添加剂秤）和辅助设备。如图2.1所示。图2.1 混凝土搅拌站示意图2.1 水泥的运输、存储2.1.1 水泥罐车水泥罐车混凝土是由水泥、砂子、石子和水经过搅拌而成常用建筑材料，砂子、石子不怕潮湿暴晒因此可以露天存放。水泥为粉状水硬性无机胶凝材料。能够在空气中或者在水中更好的硬化，未加工的水泥为粉状，易受潮。因此水泥运输储藏需要特殊的设备，水泥罐车便是运输水泥的特殊机械设备。水泥罐车由专用汽车底盘、散装水泥车罐体、气管路系统、传动装置等四部分组成，工作动力从汽车变速箱中引出，通过取力器传动装置驱动空压机，产生的压缩空气经控制管路进入气室内，使管内粉粒物料产生流态化现象。当压力达到0.196Mpa时，打开料蝶阀，实现卸料。2.1.1.1 罐体罐体总成主要由筒体、加料口、流态化床、出料管总成、进气管及其他附件组成。如图2-2罐体为直筒圆柱式结构，其制作工艺良好，能实现埋弧焊接，筒体采用5mm优质钢板卷制而成，两端采用6mm厚标准椭圆封头，焊接牢固，具有整体强度高、刚性好、承压好、使用性能好等特点。罐体为单仓两气室结构，罐内流化床宽度适中，布置合理，能有效的缩短卸料时间、提高罐体的容积利用率，降低了剩灰率；在罐体顶部揩油两个进料口，打开进料口入孔盖一方面可以向罐内加料，另一方面在罐内需要检修时方便人员进出。图2.2 罐体1、筒体；2、加料口；3、出料管总成；4、流态化床；5、进气管2.1.1.2 散装水泥车系统工作原理和过程充气式踏下离合器踏板，切断动力，拨动电开关，接通电磁气阀，在气压的推动下使取力器和齿轮进入啮合位置，慢慢放松离合器踏板，接通动力，由取力箱经传动轴带动空压机11开始运转。打开球阀，压缩空气经止回阀、安全阀及以上两只球阀充入罐内。当压力表显示罐内压力达到0.196Mpa时，打开蝶阀卸料。在输送管被粉料堵塞时，可打开球阀，使压缩空气进入二次吹气总成，排除堵塞。这样可保证顺利卸料。止回阀可防止粉料倒流管道。当罐内压力达到0.22Mpa时，安全阀将自动打开向外排气。卸料完毕后，罐体内还残余部分剩余气体，这是可以打开卸压管路，实现卸压的功能。水泥罐车的卸料包括设在水泥罐出口的料斗和控制闸阀。控制闸阀是一个气动电磁式的控制阀，上接料斗下通阀口，阀口下设有导流管，引入装车头，控制阀的进气嘴与低压气源气管相接，接入水泥库底内的防堵气管与高压气源相接。像水泥罐车这样的设计在极大程度上减少了工人接触水泥的机会。这样可以近最大可能的减少的矽肺病的几率。我们都知道矽肺病是由于长期过量吸入含结晶型有利二氧化硅的岩尘所引起的尖肺病，而一般土木建筑工程通常采用的水泥是指：GB175-2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和符合硅酸盐水泥。所以不管用六大类通用水泥的哪一种都是硅酸盐型的水泥，水泥罐车能尽量保证工人的生产作业安全。水泥罐车的卸料过程是从一个密闭的罐体向另一个密闭的罐体输送的过程，这样可以减少由于运输而造成的不必要的浪费节约了成本也节约了材料提高了水泥的利用率。由于是单仓两气室结构，再加上有两个进料口和水泥粉末通过空气压力的流动有效的减少了水泥在水泥罐中的堆积，而且采用标准椭圆封头，能够有效的提高罐体的容积率，在单次运输中可以运输更多的物料，减少运输费用和成本。2.2 水泥料仓水泥料仓的示意图如图2.3：图2.3 水泥料仓 1、仓顶收尘器；2、压力安全阀3、阻旋式料位指示器；4、仓体；5、检修梯子；6、吹灰管；7、助流气垫；8、手动蝶阀；9、支腿2.2.1 粉料罐粉料罐是储存粉状物料的筒仓，储存如水泥、掺合料（粉煤灰、矿粉、沸石粉和硅灰）、干式粉状添加剂等。按容积的不同分别有不同规格的粉料罐，如50t、100t、200t、250t、300t等，以满足不同的使用需要。可运输的粉料罐一般容积为50t、100t。在此水泥料仓的设计中该粉料罐的容量为50t。粉料罐的基本结构是由仓顶收尘机、压力安全阀、阻旋式料位指示器、仓体、检修梯子、吹灰管、助流气垫、手动蝶阀和支腿构成。粉料罐是在水泥料仓中最重要的一个部件。首先它的设计需要合理，粉料罐是需要垂直竖立在地面上的，因此它的底部受力最大，顶部受力最小。圆柱型的结构则是要求了再同一平面内罐体的受力均匀。这里就需要用淬火工艺，钢进行淬火加热的目的是为了获得狭小而均匀的奥氏体，使淬火后得到细小而均匀的马氏体。不同钢号的钢获得马氏体的能力是有区别的（钢的淬透性：淬透性表明了钢在淬火时获得马氏体的能力，在规定条件下，它决定了钢材淬硬升读和硬度分布的特性）。常用淬透性的评定方法是临界直径测定法。钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或50%马氏体组织时的最大直径称为临界直径。临界直径越大，表明钢的淬透性越高。表2-1为常用钢的临界直径。表2-1 常用钢的临界直径钢号临界直径/mm水冷油冷451316.569.5601117612T101015865Mn2530172520Cr121961240Cr3038192835SiMn4046253435CrMo3642202860Si2Mn5562324650CrVA5562324038CrMoAlA1008020CrMnTi2235152430CrMnTi4050234040MnB505528402.2.2 仓顶收尘机仓顶收尘机的主要作用是在散装水泥车向粉料罐内泵送散装物料时，在压缩空气通过料仓顶收尘机排到大气的过程中，组织压缩空气中夹杂的粉尘直接排出，从而达到保护环境的作用。每次网粉料罐中输送物料前和输送物料结束后，必须开动收尘机震落收尘机滤芯上的粉尘，保证罐内外的气流通畅。2.2.3 压力安全阀压力安全阀的作用是当散装水泥车泵向粉料罐内泵送散装物料时，如果仓顶收尘机因堵塞而排气不顺畅，导致粉料罐内气压升高，为保护粉料罐，当压力升高到一定值后，安全阀开启卸压，从而起到保护粉料罐的作用2.2.4 吹灰管吹灰管是网罐体内输送物料时使用的钢管，它固定在罐体上。管道拐弯处应有耐磨措施，散装水泥输送车的出灰软管上有快送接头，能方便快捷的与水泥筒仓上吹灰管连接。2.2.5 料位指示器为了探测粉料罐内粉料的储存量，常在筒仓内设有料位指示器。才用阻旋式料位指示器，设高低料位指示。高位报警，表示粉料罐中的未了已快装满，应停止向罐内输送物料；低位报警，表示粉料罐中的物料已经快用完了，应准备往罐内重新输送物料。2.2.6 手动蝶阀手动蝶阀上部与仓体出料口相连，下部通过过渡管与螺旋输送机相接。在正常工作状态下，手动蝶阀门打开，让罐体内粉料落入螺旋输送机。当螺旋输送机发生故障时，在拆卸螺旋输送机前必须关闭手动蝶阀，防止粉料从罐体内卸出。2.2.7 粉料罐粉料罐中粉料的流动性与物料种类、温度和贮存时间长短有关，刚输送的水泥温度较高，经气体输送后较为输送，起容量e的值约为0.81t，很容易流动。在积压一段时间后其容量e值可达1.6t，有时甚至更高。这种存放时间较长的水泥流动性较差，在卸料时常常产生起拱现象。2.2.8 破拱装置为了提高粉料罐的卸料性能，常常在筒仓的下部锥体上安装冲击装置。它可以破坏粉料拱桥，使卸料通畅。破拱装置目前有气吹破拱、锤击破拱和助流气跌破拱。气吹破拱即在仓体锥部离出料口一定高度处设36个吹气孔进行气吹破拱，因接触面有限，有时效果不明显，同时因压缩空气中含水，气嘴容易阻塞。锤击破拱是利用气锤锤击仓体来实现破拱，锤击过程中噪音较大，对仓体壁有破坏。助流气垫破拱是利用气垫气流的推力作用推动起拱物料，达到破拱的作用。2.2.9 检修梯子检修梯子主要检修粉料罐上相关设备，如清理收尘机滤芯、检修料位计、压力安全阀等。梯子的制作应符合国家标准，应有产品合格证，应无歪斜、无扭曲变形和其他影响使用的缺陷；踏板应做防滑处理，梯脚应用合成相加作防滑处理。应设有平台的金属折梯，平台与梯子之间应有牢固的连接装置；最高安全站立位置处应涂明显的红色标志。钢筋爬梯的一般规定应用A3钢支座，挂钩处应无伤痕、无裂口、无裂纹、横档焊接必须牢固长度超过10cm的爬梯，每隔5m应与构件牢固的连接固定；梯长每隔3m应设一道长15cm的撑脚。在爬检修梯子之前必须系好安全带，带好安全帽，按照相关安全操作规程进行作业。2.2.10 仓体仓体是一个空腔容器，上不为圆柱形，下部为锥形，由钢板卷制拼焊而成。仓体必须密封，如果不密封的话遇到雨雪天气，雨水会随着分析进入仓体内部，会导致罐内粉料结块。2.2.11 支腿支腿是粉料罐的承重件。需要选择的材料必须结实能够承受至少51t的重量。因为设计的粉料罐的容量为50t再加上罐子的材料选择，必须符合结实、耐用的原则这样就会增加粉料罐本身的重量。还有遇到特殊情况需要用到的检修梯子等工具都需要安装在上面这样就加大了支腿的承重力，所以它一般由钢管和角钢或槽钢拼焊而成。2.3 水泥料仓的工作原理水泥料仓为圆筒支架结构，起上部有除尘设备，防止粉尘泄露，下部装有破拱装置，防止粉料结块，是粉料卸出顺畅，并装有料位传感设备，可以随时掌握仓内的物料使用情况。当水泥料仓工作时必须由专门吊机将其立起，然后放到预先预制好的混凝土基础之上，并检查水泥料仓立起后与水平面的垂直度，然后将其地步与基础预埋件焊接牢固。储料仓固定好以后，由散装水泥罐车运送水泥至工地，然后将散装水泥罐车的输送管路与水泥料仓的进料管路相连接，通过散装水泥罐车的气体压力将罐内水泥输送到水泥料仓内。在往储料仓内输送水泥额过程中，操作人员要不间断的安东除尘器振动电机的按钮，抖落附着在除尘器布袋上的水泥，防止堵塞布袋，发生爆仓。在储料罐上我们可以通过高低料位可以观察到满仓和缺料。当我们需要放料的时候，首先打开锥体地步的手动卸料阀，然后通过水泥输送装置将水泥输送出去。在放料的过程中，如果出现“起拱”现象，就需要及时按动破拱装置电磁阀的按钮，进行吹气，消除“起拱”，保证水泥供应顺畅。当水泥输送装置出现故障时，首先应先关闭锥体底部的手动卸料阀，防止水泥外溢，造成浪费。2.4 配料站混凝土的原料除了水泥之外还需要的原料是砂子、石子和水。与水泥不同的是砂子和石子可以进行露天的存放，不需要担心它们是否会受潮变质。水泥存放在水泥料仓中，水泥料仓的底部有螺旋输送机，它可以进行定量的输送水泥，这个就是粉料称量了。粉料称量是计量系统的一部分。计量系统包括骨料计量和粉料、液体外加剂计量和水计量。计量系统是搅拌设备中最关键的部分之一。其计量方式一般采用质量计量，除水和外加剂可以采用容积计量外，其他物料都不采用容积计量。2.4.1 粉料称量粉料称量由计量斗、支架、传感器、气动蝶阀、胶管、气动球型震动器、进料口、排气管组成。因水泥和掺合粉料尘多、污染严重、容易吸水、一般要求水泥和掺合料的计量在密闭的容器中进行。为使计量系统独立，计量斗同其他部件的连接必须采用软连接，确保计量的准确性。计量开始时螺旋输送机得到信号，开始启动，输送粉料到计量斗，计量斗一部分空气和粉尘通过排气管到达收尘装置。当粉料的重量达到预先设定的重量时，螺旋输送机停止输送粉料完成计量。当启动蝶阀得到卸料的指令后，启动蝶阀动作，开门卸料。同时启动球星震动器开始震动，加快卸料进度。清空后启动蝶阀延时动作，关闭卸料口，停止震动。简单的说螺旋输送机恒定的转速可以保证每分钟从粉料罐中输出的水泥量是恒定的，因此我们可以准确的得到我们想要从水泥料仓中输出水泥的重量，在转速已知的情况下通过计算时间就能得到我们需要的水泥的重量。这样对于砂子和石子我们就需要用到配料站了。配料站是骨料出料仓是储存石料的仓体和骨料计量部分连成一体后的统称。配料站起到储存砂石料和在称量砂石料是控制配料的作用。上部仓体可由混凝土浇筑而成，也可整体做成钢结构，常以地仓式配料站和钢结构配料站进行区别。2.4.1.1 地仓式配料站地仓式配料站，是由混凝土储料仓、料斗、拉式传感器、计量斗、筛网、震动器、气缸、计量斗门和储料斗门组成。上部混凝土储料仓和料斗等构成骨料储料仓。筛网用来筛除骨料中不符合要求的粗骨料，保证设备的正常欲行。开关储料斗门可对计量斗配料，储料斗门为弧形门，通过调节斗门与料斗的间隙，能够有效防止料门卡料。压缩气体通过电磁阀到达之行元件气缸活塞两端，是气缸活塞杆动作，从而驱动斗门的开关。2.4.1.2 钢结构配料站钢结构配料站是由后板、隔板、储料斗、支架、骨料计量斗、筛网、侧板和压式传感器构成。前板、后板、隔板、侧板和出料斗等构成钢结构配料站的骨料储料仓。钢结构配料站上部由前板、后板、侧板和隔板构成一个四周封闭的仓，各板才用插销连接，运输时各板可以沿骨架上铰链机构放下，方便运输。每一个仓下面对应一个称量斗，才用独立的秤，保证乘凉的精确性。该种结构具有上料方便、下料顺畅，结构紧凑，安装快捷，运输方便。配料站仓体的数量与配制混凝土需要的砂石料种类有关，有3仓、4仓和5仓，一般4仓即可满足需要。2.4.2 称重传感器910混凝土搅拌站控制系统主要收集的是各个物料的重量信号，所以这个设计系统采用的是压力传感器。压力传感器是称重系统的重要组成部分，压力敏感元件可以将原料重量信号转换成容易测量的电信号输出，给配料站上的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称重大小的限制；2、具有较高的准确度；3、可靠性；4、应与实际相结合，要考虑到混凝土搅拌站的实际规模和制作混凝土的数量和强度；5、传感器的防护等级。选择称重传感器的选型除了要考虑以上的一些因素之外，还应尽可能考虑结构简单、体积小、重量轻、性价比高、便于维修、便于更换等条件。工程机械搅拌设备用称重传感器的选择既要考虑到混凝土搅拌站称重系统的基本要求，又要考虑到称重传感器的运行环境，还要尽最大可能减少那些对称重准确度有重要影响的因素，合理的选择使用传感器。根据不同类型和规模设备选用相应的传感器。一般来说混凝土搅拌站要求的长安切丁载荷从1kg4000kg不等，骨料的称量范围最大，一般为50kg4500kg，外加剂传感器的额定载荷最小，一般不超过50kg。分析了传感器的量程和范围、线性度、灵敏度和分辨率后，并且根据混凝土搅拌站中称重传感器的运行环境，选用HL-F（1）型方悬臂梁高精度压力传感器，如图2.4。图2.4 HL-F（1）型方悬臂梁高精度压力传感器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、15V (DC)的最大工作电压，其额定载荷则为120T。F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。混凝土的制作除了水泥、砂子、石子之外还需要水进行搅拌，水的计量相对于另外的三种原料来说是最容易的。可以直接通过电磁流量计来进行水的计量。2.5 物料输送系统有了水泥料仓、配料站和水表来让我们控制物料的重量，剩下的就是怎样把物料输送到搅拌机中去。物料输送由三个部分组成：2.5.1 骨料输送骨料输送由料斗输送和带传动两种方式。料斗提升的优点是占地面积小、结构简单。按照工作院里的不同，带传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动，这里主要用到的是摩擦型带传动中的平带传动。平带传动结构简单，传动效率高，带轮也容易制造，常用的平带有帆布芯平带、编制平带（棉织、毛织和缝合棉布带）、锦纶片复合平带等数种。其中帆布芯平带在这里使用更加合适。因此在混凝土搅拌站中使用帆布芯平带输送比料斗输送更加合适，它可以提高搅拌站的生产率。2.5.2 粉料输送混凝土可用的粉料主要是水泥，有时配制特殊标号的混凝土时会用到粉煤灰和矿粉。混凝土搅拌站普遍采用的粉料输送方式是螺旋输送机输送，比较大型的搅拌楼有采用气动输送和刮板输送的。这里采用一般混凝土搅拌站使用的螺旋输送，它的优点是结构简单、成本低、使用可靠。2.5.3 液体输送液体输送主要指水和液体外加剂，它们基本是由水泵输送的。2.6 混凝土搅拌机混凝土搅拌机需要有良好的搅拌性能、的搅拌机能力强，对于干硬性、塑性以及各种配比的混凝土均要达到良好的搅拌效果。并且需要保证搅拌均匀、效率高。仅仅有一个优良的搅拌主机是不够的，搅拌机最好还具备各种精良配件，如螺旋输送机、计量传感器、气动元件等，这些部件保证了混凝土搅拌站在运转过程中高度的可靠性，精确的计量技能以及超长的使用寿命。同时，混凝土搅拌站各维修保养部位均设要走台或检修梯子，且具有足够的操纵空间，搅拌主机可配备高压自动清洗系统，具有功能缺油和超温自动报警功能，便于设备维修。搅拌机需要具有良好的环保机能，在机器运转过程中，粉料操纵均在全封锁系统内进行，粉料罐需要采用某些方法来降低对环境的污染，例如高效收尘器或者雾喷等方法就能降低粉尘对环境的污染，同时混凝土搅拌站对气动系统排气和卸料设备均要采用消声装置有效地降低了噪音污染，也同样的能更好的保护工人不会受到劳动损害。如图2.5为河南郑一重工机械有限公司生产的JS1000型混凝土搅拌机。图2.5 JS1000型混凝土搅拌机3 混凝土搅拌站PLC程序设计3.1 混凝土搅拌站接线图以为混凝土搅拌站需要的设备较多，所以混凝土搅拌站的接线图分开摆放。图3.1 搅拌机与翻斗机的接线图上图为搅拌机和翻斗机的接线图，在混凝土搅拌站中搅拌机为生产混凝土的主要设备。图3.2 传送带与水泥螺旋输送机的接线图传送带在混凝土搅拌站中应用很广泛，无论是在水泥的输送还是其他骨料的输送都是需要的。图3.3 水泵、添加剂螺旋输送机接线图水泵是运送水的电机，添加剂的添加也是需要螺旋输送机的进行输送。图3.4 砂料、石料输送机接线图砂料输送机和石料输送机是运输砂子和石子这些骨料的电机。3.2 电器控制构成电控系统由PLC、智能元件、传感器、中间继电器和执行机构等构成。如图3.5RS-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图3.5 电控系统构成3.2.1 PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式3，其扫描过程如图3.6STOPRUN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STOP2图3.6 PLC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。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的扫描不仅可以按照固定的顺序进行，也可以按照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，而且也因为在一些大的处理系统中需要处理的I/O点的数量过多，通过安排不同的组织模块，才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，也可以说是PLC是“串行”工作的，这个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出点竞争和时序失配的问题。由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即输入发生了变化，输入状态映像寄存器的内容同样的不会发生变化，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的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才会发生改变。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，输入输出的转台保持一个扫描周期。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。但是对于某些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，才用快速响应模块、高速计数模块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：（1）人工误差；（2）输入滤波器的惯性；（3）程序执行的时间；（4）程序设计不合理的附加影响；（5）输出继电器的接点惯性。3.2.2 可编程控制器的选用及组态软件的选择进行PLC选型时1314，应该从以下几个方面进行考虑：1、I/O点数问题2、I/O类型问题3、联网通讯问题4、系统响应时间问题5、可靠性问题6、程序存贮器问题在我们确认了PLC的型号问题之后，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一下几个问题：（1）外部接线方式问题。（2）点数问题（3）开关量输入模块（4）开关量输出模块PLC控制混凝土搅拌机中称重系统主要为电子称，它们所提供的模拟量和其他一些安全监测传感器所提供的开关量，作为PLC精确控制的依据。3.3.2 模拟输入量包括砂子、石子等重量1、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；砂子仓、石子仓闸门开关；各种机器故障；手动回零等。2、PLC的开关量输出有：搅拌机、石子输送机、砂子输送机、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之后驱动相应的执行机构。3、PLC控制混凝土搅拌站的运行需要配置I/O点：2个模拟量输入；19个开关量输入；22个开关量输出。根据对以上控制任务的分析，所以选择了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。此外，S7-200系列的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。以上种种优点证实了S7-200系列具有很高的实用性，是工业制造所需要的控制器。3.2.4 I/O分配表2表3-1 数字量输入/输出地址表输入输出I0.0启动Q0.0循环开始信号I0.1执行完本次循环后停止Q0.1搅拌机I0.2紧急停止Q0.2石子输送机I0.3搅拌机下限位Q0.3砂子输送机I0.4搅拌机上限位Q0.4水泥螺旋输送机I0.5石子仓闸门状态Q0.5水泵I0.6砂子仓闸门状态Q0.6添加剂螺旋输送机I0.7Q0.7翻斗机下翻I1.0Q1.0翻斗机上翻I1.1Q1.1传送带I1.2Q1.2石子仓放料闸门线圈I1.5石子仓放料完成Q1.3砂子仓放料闸门线圈I1.6砂子仓放料完成Q1.4所有配料都翻入搅拌机指示灯Q1.5一次循环结束指示灯3.2.5 PLC接线图PLC采用德国西门子SIMATIC系列产品。它具有良好的兼容性和可靠性高的特点，为搅拌站的整个电控体统带来了高品质的性能，同时也有利于用户以后对搅拌站的操作的更新。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I0.0I0.1I0.2I0.3 N1M L1I0.4 1LI0.5 Q0.1I0.6 Q0.2I0.7 Q0.3I1.5 2LI1.6 Q0.4I1.7 Q0.5I2.0 Q0.6I2.1 Q0.7I2.2 Q1.0I2.3 Q1.1I2.4 Q1.2I2.5 Q1.3I2.6 Q1.4I2.7 Q1.52ML+M DC24V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图3.7 PLC外部接线图3.2.6 智能元件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。3.2.7 传感器传感器主要包括称重传感器和开关等。3.2.8 执行机构执行机构包括蝶阀、水泥螺旋输送机蝶阀、水泵阀门、添加剂放料电磁阀、送料电机、搅拌电机等。3.3 混凝土搅拌站工作流程混凝土搅拌站进行混凝土生产时，首先将骨料分别装入各自的配料站中的料仓中，然后打开石子和砂子的给料阀门将骨料投到秤斗进行称量，秤斗中的原料的重量不断的增加知道电子秤显示到所要求的重量后PLC才控制蝶阀阀门停止投料，蝶阀反转使原料不再从料仓中输出。然后启动平皮带和斜带轮将骨料卸入集料斗。在骨料配料的同时，搅拌机也启动开始搅拌，原因是利用定时器进行水泥、砂子、石子和水以及外加剂的计量。在混凝土的制作所需要的材料都计量完毕后，PLC就可以控制料斗开门，通过皮带将各种材料装入搅拌机中进行搅拌。在搅拌机运行一定的时候后，打开搅拌机的门进行卸料（搅拌机的门先不完全打开然后再全部打开），这样就完成混凝土生产的一个循环。在石子、砂子的称重计量时，PLC系统分别用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。同样对水的计量也是才用水粗称阀和水精称阀进行控制，而水泥等添加剂是由计量螺旋机从各自的料仓中送入各自城都进行计量。该PLC程序是控制混凝土搅拌站运行。该程序可以实现不同标号的混凝土的制作（混凝土不同的标号是由于水泥、砂子、石子和水之间的比例不同）。例：配制100kg标号为C20的混凝土，该程序按照预先设置的1kg标号为C20的混凝土中砂石、水泥和水的重量比，再在比例上乘100即可得到100 kg标号为C20的混凝土各个配料的重量。该程序控制水泥从水泥料仓中输出的时间控制水泥的重量（从水泥料仓中输出水泥的速率是恒定的），因此可计算出水泥的重量。砂石的重量可以由配料站的电子称读数得到，水的重量可根据电磁流量计的数值得出。将称量好的原料通过输送带输送到混凝土搅拌机中，到达搅拌时间后PLC控制混凝土搅拌机倒出搅拌好的混凝土。3.4 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如图3.8。YY2YNYNYNNNYNNYYYNNN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5YNYNYN2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34图3.8 主程序流程图3.5 断电保护程序设计因为整个设备的工作流程是连续循环运行的，因此断电之后再起动就必须要恢复到断电之前的工作状态。理论上混凝土搅拌机应该实施二级漏电保护，开始工作前，电源接通后，必须仔细检查。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、电磁阀或点击的运行状态和参数进行保存，实现断电保护。如图3.9：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图3.9 断电保护程序流程图3.6 模拟量输入地址表3-2 模拟量输入地址AIW2AIW4石子重量（石料重量传感器输入）砂子重量（砂料重量传感器输入）根据I/O点数及其特性，配置表如表3-3：表3-3 CPU及模块配置表模块名称设备数量输入输出点数CPUCPU226124I/16O扩展模块EM2221 8点DC24V输出8OEM2221 4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）3.7 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M0.1石子仓放料完成信号M0.2砂子仓放料完成信号M0.3关闭传送带信号M0.4砂子和石料都放入搅拌机信号M0.5水泥输送完毕信号M0.6水泵停止送水信号M1.0添加剂输送完毕信号M1.1所有物料配制完毕信号M1.3完成一次循环指示灯信号4 混凝土搅拌站控制系统设计对于一种控制控制系统都是为了能够实现被控制对的（生产设备或者生产过程）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，应遵循以下的基本原则18：1、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，手机资料，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器方案，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。监控界面简洁明快。3、保证控制系统的安全性、准确性和可靠性。4、考虑到生产的发展和工艺的改进，选择PLC容量和MCGS监控点时应该留有余量。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图4.1 PLC控制系统设计流程图设计PLC可控制水泥、砂子、石子和水的量，加入到搅拌机中搅拌后可以得到想要的指定标号的混凝土。mw14为水的时间，mw16为砂子的时间，mw18为石子的时间。M8.2为选择C30的配比，MD20为C30的水，MD24为C30的砂子，MD28的石子。M8.1为选择C25的配比，MD20为C25的水，MD24为C25砂子，MD28为C25石子。M8.0为选择C20配比，MD20为C20的水，MD24为C20砂子，MD28为C20石子。 5 混凝土配合比计算在建筑中不同的设施需要用到不同强度的混凝土。混凝土强度等级的划分：混凝土的强度等级是指混凝土立方体抗压强度标准值（）来确定的，符号是“C”表示。等级划分为：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60共12等级。不同的工程或不同的部位混凝土，其对混凝土的强度等级要求也是不同的。C7.5C15主要用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。C15-C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构。C25-C30用于大跨度结构，耐久性要求较高，与之构件等。普通混凝土配合比计算书21225.1 混凝土配制强度计算混凝土配制强度应按下式计算：（5.1）其中：混凝土强度标准差（N/mm2）。混凝土可按下表5-1取值。，0混凝土配制强度（N/mm2）；，k混凝土立方体抗压强度标准值（N/mm2）；表5-1 混凝土取值混凝土强度等级C354L20mHE4.05.06.05.2 水灰比计算混凝土水灰比按下式计算：（5.2）其中：，回归系数按下表5-2选取。表5-2 回归系数和选用表石子品种碎石0.460.07卵石0.480.335.3 用水量计算每立方米混凝土用水量的确定，应符合下列规定：5.3.1 干硬性和塑性混凝土用水量的确定根据所用骨料的种类、最大粒径及施工要求的粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量按下两表选取：表5-3 干硬性混凝土的用水量拌合物稠度卵石最大粒径mm碎石最大粒径mm项目指标102040162040维勃稠度（s）16201751601451801701551115180165150185175160510185170155190180165表5-4 塑性混凝土的用水量拌合物稠度卵石最大粒径mm碎石最大粒径mm项目指标102031.540162031.540坍落度（mm）10301901701601502001851751653550200180170160210195185175557021019018017022020519518575902151951851752302152051955.3.2 流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤计算1）按上表中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量；2）掺外加剂时的混凝土用水量可计算：（5.3）其中：掺外加剂时，每1m3混凝土的用水量(kg/m3 )；掺外加剂时，每1m3混凝土的用水量(kg/m3 )；外加剂的减水率（%），应经试验确定。5.4 水泥用量计算（5.4）未保证混凝土的耐久性，由上式计算求得的还应满足相关规定的最小水泥用量，如计算所得的水泥用量小于规定的最小水泥用量时，应取规定的最小水泥用量值。5.5 粗骨料和细骨料用量的计算查表法根据骨料的种类、最大粒径、水灰比按表 5-5选用表5-5 水灰比水灰比（w/c）卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）1020401620400.402632253124303035203427320.503035293428333338323730350.603338323731363641354033380.70364135403439394438433641粗骨料和细骨料用量的确定，采用体积法计算. （5.5）（5.6）其中：每立方米混凝土的基准粗骨料用量（kg）；每立方米混凝土的基准细骨料用量（kg）；水泥密度（kg/m3），取3100.00（kg/m3）；粗骨料的表观密度（kg/m3），取2700.00（kg/m3）；细骨料的表观密度（kg/m3），取2700.00（kg/m3）；水密度（kg/m3），取1000（kg/m3）；混凝土的含气量百分数，取=1.00；根据公式计算得各配料重量比：C20：水：水泥：砂：石子 0.51:1:1.81:3.68C25：水：水泥：砂：石子 0.44:1:1.43:3.17C30:：水：水泥：砂：石子0.38:1:1.11:2.726 结论与展望6.1 结论本文从混凝土搅拌站的产生、发展、结构以及工艺流程和软件设计的介绍分析开始进行了大方针的研究设计，第二章接着介绍分析了混凝土搅拌站系统的具体设备、计量机构、输送系统、控制方式的具体的介绍，也举出具体的混凝土搅拌机型号做出具体说明。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。第四章是对于混凝土搅拌站总体的设计的一些想法，对于这个设计具有指导性意义。第五章则是关于PLC控制混凝土搅拌站的运行的数值，是实现不同重量不同标号的

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