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. It’s 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 China's economic construction and the rapid development, Comprehensive national strength constantly enhance the state's infrastructure construction investment increased to boost the city's 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 III
ABSTRACT IV
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。
1.2 国内研究以及混凝土搅拌机的现状和国内市场分析[5][6]
搅拌站生产在国外一般生产力50 m3/h~300 m3/h，对商品混凝土搅拌站的生产，是相对常见的应用，特别是在大的项目中采用。自20世纪50年代以来，混凝土搅拌站的生产开始独立的研究和开发过程中，选择的类型和主要技术参数主要是基于用户需求和借鉴外国产品自由州。GB gb10171 – 88“混凝土搅拌站(F)类别”和gb10172 – 88“混凝土搅拌站技术”，的颁布实施，混凝土搅拌站(F)在开发和生产的标准管理的轨道，为我们的混凝土搅拌站的职业发展奠定了基础。技术标准和要求的标准在预拌混凝土，混凝土搅拌站技术指标都已达到发达国家的水平。现在国内生产的混凝土搅拌站质量的迅速提高，并逐步取代原来的进口中国制造的混凝土搅拌站主导地位主导国内站，混合控制系统也得到了快速发展。国内制造商的大型混凝土搅拌站包括：三一重工、奇美珠海、上海华剑、南路机器。80年代，中国混凝土机械有两个战略调整产品结构、行业的发展起着举足轻重的作用：第一是年代初期升级混凝土搅拌机由双锥逆向转换，垂直和水平轴强制类型混凝土搅拌机替代鼓式混合机，现在这三个系列产品，技术性能已达到国外同类先进水平模型，从质量数量基本满足国内需求；二是“发展一个站三车”阶段(即混凝土搅拌，混凝土搅拌车，混凝土泵车臂和散装水泥运输车)。所以，我们的国家充满了新的混凝土机械有前途的策略来促进混凝土机械行业产品结构调整的第二反映混凝土机械行业稳定的、可持续的、全面发展的深层次需求。及时引进外国先进的混凝土泵和混凝土搅拌卡车技术、科研机构和生产企业通过联合开发。所以，我们的商品混凝土机械的设计、制造能力和水平有了很大提高，一些产品已批量生产，其技术水平与世界水平同步，减少进口的今天，节约外汇，取得了良好的经济效益和社会效益。在“第十二五”甚至2010年期间，中国建造大量的关键项目，但是也有很多城市道路、城市住宅开发建设，需要大量的混凝土。所以现在是一个有利时机发展混凝土机械作为一个“一站式三车”在一个工厂，混凝土搅拌站占据着举足轻重的地位。
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。
1970——1980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。
1980——1990: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。
1900——2000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。
[3][4]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[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。
川公网安备: 51019002004831号