触摸屏结合PLC在混凝土搅拌站中的应用毕业论文.doc

天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 触摸屏结合触摸屏结合 PLCPLC 在混凝土搅拌站中的在混凝土搅拌站中的 应用毕业论文应用毕业论文 目录 第 1 章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 研究项目现状与发展方向 1 1 3 主要技术 3 第 2 章 搅拌站的工作原理及设备的选用 4 2 1 搅拌站的工作原理 4 2 2 实验条件及设备的选用 5 2 3 选用设备的工作原理 7 第 3 章 程序设计 10 3 1 系统地址分配 10 3 2 程序设计及分析 12 第 4 章 触摸屏画面的制作 33 4 1 画面的制作 33 4 2 触摸屏的画面传送和模拟 36 第 5 章 结论 38 参考文献 39 致 谢 41 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 1 附录 1 英文翻译 42 第 1 章 绪论 1 1 引言 由于社会经济的发展和技术的不断进步 对混凝土的配比精度要求越来越高 采用现代混凝土搅拌站可减轻繁重的体力劳动 保证工程质量 加快施工速度 提 高劳动生产率和降低生产建设成本起着很重要的作用 触摸屏结合 PLC 在混凝土搅 拌站中应用近来得到了迅速发展而被广泛应用 因为可编程控制器 PLC 已成为工 业生产自动化三大技术支柱 机器人技术 CAD CAM 技术和 PC 技术 之一 其运算 速度高 指令丰富 功能强大 可靠性高 使用方便 编程灵活 抗干扰能力强等 特点 但是由于其本身不具备人机交互功能 在工艺参数较多 需要人机交互时 使用具有触摸操作功能的触摸屏就是一种很好的选择 通过触摸屏和 PLC 结合使用 可以在触摸屏中直接设定目标值与实际值进行比较 并可实时监控到系统实际值的 大小 实现报警 判断等功能 从而实现高效的控制和生产工作的目的 1 2 研究项目现状与发展方向 现状分析 由于我国的城市化进程不断向前推进 商品混凝土在全国大中城市 得到了迅速发展和推广应用 混凝土搅拌站也得到了高速发展 目前我国混凝土搅 拌站生产企业众多 产品已形成系列化 但技术水平参差不齐 只有部分产品接近 国际先进水平 有些技术已经超过进口混凝土搅拌站的水平 其中部分产品具有自 动化程度高 生产能力高 称量精度高 投资少 搅拌质量好 能实现多仓号 多 配合比 不间断地连续生产以及主机及其主要元器件的国产化程度等优点 其中最 明显的是自动化程度逐渐提高 所有搅拌站都采用工业控制计算机控制 既可自动 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 2 控制也可手动操作 操作简单方便 动态面板显示搅拌站各部件的运行情况 同时 可以存储搅拌站的各种数据 按要求打印各类报表资料 存储配方可达几万个以上 控制室配备空调可保证电气元件经久耐用 性能稳定持续可靠 控制系统基本上采 用两种方式 一种是双机双控形式 即系统以两台高性能工业计算机组成 一台作 为主控生产系统 另外一台作为管理及监控系统兼作主控生产机的备份机 作为主 控机系统具有手动及自动功能 控制机与管理机间数据共享 控制机出现故障时可 以转换到管理机工作 最大限度保证系统的持续正常运行 另一种采用工业计算机 加配料控制仪表组成 即配料控制仪表数据输入工业计算机 通过板卡或 PLC 可编 程序控制器输出执行信号从而保证系统持续正常运行 在主机卸料口 配料站等关 键部件可以设置监视摄像头 但我国的混凝土搅拌站还存在着整体技术含量不高 普及率不高 地区差异较大 智能化程度不高和环保性能不高等缺点 其中比较大 的不足表现在整体技术含量不高 我国搅拌站或楼的整体技术含量较国外发达国家 相比还较低 搅拌站生产厂家就目前而言是相对混乱 技术水平相差甚大 原国内 几大机械制造公司均已经介入混凝土搅拌站的生产 而且起点相对较高 给原本竞 争较为激烈的搅拌设备增加几分不确定性 过多的生产厂商造成多数厂家吃不饱甚 至是半停产状态 但搅拌站的市场争夺大战还刚刚拉开帷幕 在未来几年里将会有 半数以上制造企业不堪忍受低利润的竞争而淘汰出局 发展方向 智能化 智能化是所有机械设备的最终发展方向 搅拌站也不例外 当前多数制造商在这方面都有很大的投入 但只能说还处于一种比较低的智能化 状态 在这方面 要以更高一种完全意义的智能化为出发点 混凝土搅拌站用于快速批量搅拌混凝土 过去的设备均采用手动控制或是继电 器控制 存在着故障率高 维修性差 自动化程度低等缺点 而可编程控制器 PLC 以其运行稳定可靠 易学易用 抗干扰性能强等特点 在工业控制中得到广泛应用 随着 PLC 的发展 多种特殊 I O 模块的开发 PLC 控制功能越来越强大 通过 通讯与计算机共同使用既可弥补 PLC 控制数据处理 人机界面操作等弱点 也可克 服计算机现场控制中的缺陷 再加上触摸屏技术的发展 相继开发出了集网络通信 技术 PLC 技术 工控机技术和可视监控技术于一体的新型的软硬一体化人机界面 触摸屏控制器 在混凝土搅拌站的控制系统中采用可编程控制器控制 实现了混 凝土搅拌过程的全自动化控制 运行安全可靠 通过与计算机通讯实现人机界面操 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 3 作 完成故障的判断和处理 混凝土搅拌的配比 混凝土产量的统计等工作 环保化 目前我国混凝土搅拌站的低环保性要从粉尘 噪声和污染三个方面加 以改进和提高 在粉尘方面要在粉料的输送途径中加以控制 可通过提高主机的性 能和封闭站并采取隔音板之类的材料将噪声减少到最低等 高精度化 高精度化主要指骨料 水泥 水和外加剂的计量精度 目前精度还 有较大的提升空间 计量的高精度化是我国搅拌站的奋斗目标和发展方向 只有提 高了计量精度才能生产出更高标号的高强混凝土来 如何提高计量装置的精确度是 值得探讨的一个问题 标准化 搅拌站的标准化是其最终的一个发展方向 任何设备都有标准 全球 有国际标准 我国也有自已的行业标准 标准化可从根本上降低产品成本 节约大 量的能耗资源 1 1 3 主要技术 此研究课题中可编程控制器是技术核心 PLC 不断地扫描检测各种输入信号的 状态 并且通过程序发出指令 控制相应的输送机 仓门和电机 从而完成混凝土 搅拌的过程 与此同时还与触摸屏进行实时通讯 为触摸屏的显示提供数据 并对 于触摸屏输入的信息进行处理等 实现混凝土搅拌过程的自动控制和跟踪显示 触摸屏监控器是 90 年代出现的新型可编程终端 是新一代高科技人机界面产品 适于在恶劣的工业环境中应用 可代替普通或工控计算机作为人机界面 具有交 互性好 可靠性高 编程简单 与 PLC 联结简便等特点 触摸屏的主要功能有 1 主要用于实时显示设备或系统在操作状态方面的实时信息 2 触摸屏上的触摸按钮 可产生相应的开关信号 或输入数值 字符给 PLC 进行数据交换 从而产生相应的动 作控制系统或设备的运行 3 可多幅画面重叠或切换显示 用触摸屏实现人机对话 与 PLC 系统进行数据传送和交换 将外部输入的参数 写入 PLC 系统 也可将 PLC 系统内部数据读入触摸屏 实现了模拟量的实时显示 目标值的设定以及产生报警信息等 系统结构图如图 1 1 电动机 电器元件 I O 控制 触摸屏 称重传感器 P L C 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 4 图 1 1 系统结构图 第 2 章 搅拌站的工作原理及设备的选用 2 1 搅拌站的工作原理 1 初始状态 系统投入运行时 粉料计量仓 骨料计量仓 添加剂计量仓 水计量仓及搅拌 仓都是空的 它们底部的仓门都关闭 各螺旋输送机的电机和搅拌机的电机停转 2 起动操作 按下启动按钮 系统就开始按下列给定规律操作 a 各原料仓的螺旋输送机运行 仓门打开 各种原料投放到各计量仓内 b 各计量仓的称重传感开始工作 对各计量仓内的原料称量 如果重量符合设定要求 则相应的运输部件停止运转 原料仓门关闭 c 各计量仓打开仓门 各原料投放到搅拌仓 搅拌机开始工作进行搅拌 d 搅拌时间结束 搅拌机停止工作 打开搅拌仓仓门 卸出混凝土 e 卸料结束后 搅拌仓仓门关闭 开始下一周期 3 停止操作 按下停止按钮 当前的搅拌工作处理完毕后 才停止操作 系统的工作流程图如图 2 1 粉料骨料粉料水 计量斗计量斗 添加剂 计量斗计量斗 搅拌罐 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 5 图 2 1 系统的工作流程图 2 2 实验条件及设备的选用 1 实验条件 所需要的硬件有 装有触摸屏软件以及可与 PLC 通信相关硬件的计算机 可编 程控制器 含模拟量输入模块 触摸屏带电缆线 一套 传感器及若干电器元件 组成 2 PLC 的选用 选用三菱的 FX2N 32MR 001 型 PLC 其电器特性如下 此款 PLC 为交流电源 24V 直流输入类型 I O 总数为 32 输入点数为 16 漏型 输出点数为 16 继电 器型 采用储存程序周期运转的运转控制方法及批次处理的 I O 控制方法 运转处 理时间为 基本指令为 0 08 微秒 指令 应用指令为 1 52 至几百微秒 指令 采用 逻辑梯形图和指令清单的编程语言 辅助继电器 M 线圈 点数分别为 一般 500 点 锁定 2572 点 特殊 256 点 状态继电器 S 线圈 点数为 一般 490 点 锁定 400 点 初始 10 点 内置 100 毫秒 10 毫秒 1 毫秒保持型 100 毫秒保 持型定时器 16 32 位计数器 高速计数器 多点数数据寄存器等 兼容十进制 十六进制 浮点型常数 配 FX2N 4AD 模拟量输入模块规格如表 2 1 表 2 1 输入模块规格 项目输入电压输入电流 模拟量 输入范 围 DC 0 至 10V DC 0 至 5V 输入电阻 200 千欧 绝对最大量程 DC 0 5V 和 15V 4 至 20mA 输入电阻 250 欧 绝对最大量程 2mA 和 60mA 数字输 出 12 位 分辨率 2 5mV 10V 4000 4 A 20 4 4000 总体精 度 1 满量程 0 至 10V 1 满量程 4 至 20mA 成品罐 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 6 转换速 度 2 5ms 通道 顺控程序和同步 隔离 在模拟和数字电路之间光电隔离 直流 直流变压器隔离主单元电源 在模拟 通道之间没有隔离 电源规 格 DC 5V 20mA 主单元提供的内部电源 DC 24V 10 50mA 主单元提供的内部 电源 占用的 输入输 出点数 占 8 个输入或输出点 适用的 控制器 FX1N FX2N 尺寸 宽 厚 高 43 87 90 质量 重 量 0 2Kg 3 触摸屏的选用 选用 GP2000 系列的 GP2301 LG41 24V 型触摸屏 产品简要介绍如下 黑白 颜色 背光灯 CFL 使用寿命 50 000hrs 25 C 24 小时运行 分辨率 320 x 240 外接接口 CF 卡接口 Tool 接口 串行接口 COM1 RS422 额定电压 DC24V 环境温度 0 C 至 50 C 环境湿度 10 RH 至 90 RH 无凝露 湿球温度为 39 C 抗震性能 IEC61131 2 标准 当振动不连续时 10Hz 至 57Hz 0 075mm 57Hz 至 150Hz 9 8m s2 振动连续时 10Hz 至 57Hz 0 035mm 57Hz 至 150Hz 4 9m s2 X Y Z 轴 10 次 80min 4 传感器的选用 选用料斗用的京华 BK 5 型称重传感器 产品特点 1 弹性体采用剪切悬臂梁结构 高度低 结构强度高 2 抗疲劳 抗偏心能力强测量精度高 性能稳定可靠 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 7 3 安装使用方便 4 承接方式 压式或拉式 规格参数 量程 0 0 1 0 2 0 3 0 5 1 2 3 5 10 t 灵敏度 0 2KG V 非线性 0 03 0 05 0 1 0 2 FS 重复性 0 03 0 05 0 1 0 2 FS 滞后 0 03 0 05 0 1 0 2 FS 供桥电压 12 VDC 输入电阻 730 20 输出电阻 700 10 绝缘电阻 2000 M 工作温度范围 10 至 50 热零点偏移 0 03 0 05 0 1 0 2 FS 10 热灵敏度偏移 0 03 0 05 0 1 0 2 FS 10 允许过负荷 120 FS 接线方式 插座 1 电源 2 输出 3 输出 4 电源 2 3 选用设备的工作原理 1 触摸屏的工作原理 典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成 如图2 2 所示 两层透明的阻性导 体层 两层导体之间的隔离层 电极 阻性导体层选用阻性材料 如铟锡氧化物 ITO 涂在衬底上构成 上层衬底用塑料 下层衬底用玻璃 隔离层为粘性绝缘液 体材料 如聚脂薄膜 电极选用导电性能极好的材料 如银粉墨 构成 其导电性 能大约为ITO 的1000 倍 触摸屏工作时 上下导体层相当于电阻网络 如图 2 3 所示 当某一层电极加 上电压时 会在该网络上形成电压梯度 如有外力使得上下两层在某一点接触 则 在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压 从而知道接触点处的坐标 比 如 在顶层的电极 X X 上加上电压 则在顶层导体层上形成电压梯度 当有外 力使得上下两层在某一点接触 在底层就可以测得接触点处的电压 再根据该电压 与电极 X 之间的距离关系 知道该处的 X 坐标 然后 将电压切换到底层电极 Y Y 上 并在顶层测量接触点处的电压 从而知道 Y 坐标 触摸屏与 PLC 2 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 8 的通信原理 图 2 2 触摸屏结构 图 2 3 工作时的导体层 GP 画面显示所需的数据由 GP 自动地发出请求并接收 触摸键的操作输入由 GP 自动 地送到 PLC 在 PLC 上 不需要为画面显示 操作编写专门地程序 GP 内部寄存 器被称为 LS 区 以 LS 区首地址开始的数个数据寄存器被规定为系统数据区 系统数 据完成画面切换等动作 GP 和 PLC 内部占用特定的寄存器区 完成各种功能 系统数 据区是 GP 中固定的一部分存储区域 在 PLC 中需要开辟对应的系统数据区域 进行 对 GP 运行中各种控制参数的相互交换 设置 GP 的 系统数据区起始地址 在 PLC 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 9 中自动地预备系统区域 才能建立 GP 与 PLC 的通信 2 称重传感器的工作原理 悬臂梁式称重传感器是利用电阻应变原理构成的一种高精度载荷传感器部件 它由四片电阻应变计贴于剪切悬臂梁式弹性体的中性面上 组成一个全桥平衡电路 弹性体 弹性元件 敏感梁 在外力作用下产生弹性变形 使粘贴在他表面的电阻 应变片 转换元件 也随同产生变形 电阻应变片变形后 它的阻值将发生变化 增大或减小 再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号 电压或电流 从而完成了将外力变换为电信号的过程 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 10 第 3 章 程序设计 3 1 系统地址分配 1 辅助继电器 定时器 计数器及数据存储器地址分配如表 3 1 表 3 1 辅助继电器 定时器 计数器及数据存储器地址分配 地址说明地址说明地址说明 M0000 初始步信号 M0033 报警响应信号 T4 C4 骨料斗放料定 时 M0001 起动按钮 触 发脉冲 M0034 报警响应按钮 T5 C5 添加剂斗放料 定时 M0002 粉料斗投料 信号 M0035 粉料斗投料手动按钮 T6 C6 水斗放料定时 M0003 骨料斗投料 信号 M0036 粉料斗停止投料手动 按钮 C7 计量斗排料报 警定时 M0004 添加剂斗投 料信号 M0037 骨料斗投料手动按钮 C8 搅拌罐排料报 警定时 M0005 水斗投料信 号 M0038 骨料斗停止投料手动 按钮 T9 T10 报警灯闪烁定 时 M0006 粉料斗仓门 关闭延时信 号 M0039 添加剂斗停止投料手 动按钮 C11 粉料斗投料报 警定时 M0007 粉料斗仓门 关闭延时信 号 M0040 添加剂斗停止投料手 动按钮 C12 骨料斗投料报 警定时 M0008 骨料斗仓门 关闭延时信 号 M0041 水斗投料手动按钮 C13 添加剂斗投料 报警定时 M0009 骨料斗仓门 关闭延时信 号 M0042 水斗停止投料手动按 钮 C14 水斗投料报警 定时 M0010 计量斗排料 信号 M0043 计量斗排料手动按钮 C15 搅拌机报警定 时 M0011 搅拌机启动 信号 M0044 计量斗停止排料手动 按钮 D0 D3各料斗传感器 测量结果存储 单元 M0012 搅拌罐排料 信号 M0045 搅拌机启动手动按钮D4 D7各物料料设定 重量存储单元 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 11 M0013 起动信号 M0046 搅拌机停止手动按钮D8 D1 1 各料斗排放预 设时间存储单 元 M0014 M0016粉料计量斗 重量比较结 果存储单元 M0047 搅拌罐排料手动按钮 D12 计量斗排放预 设时间存储单 元 M0017 M0019骨料计量斗 重量比较结 果存储单元 M0048 搅拌罐停止排料手动 按钮 D13 搅拌罐排放预 设时间存储单 元 M0020 M0022添加剂计量 斗重量比较 结果存储单 元 M0049 搅拌机工作异常信号 D14 粉料斗预设报 警时间存储单 元 M0023 M0025水计量斗重 量比较结果 存储单元 M0060 M006 2 粉料计量斗重量比较 结果存储单元 D15 骨料斗预设报 警时间存储单 元 M0026 粉料斗投料 超时信号 M0063 M006 5 骨料计量斗重量比较 结果存储单元 D16 添加剂斗预设 报警时间存储 单元 M0027 骨料斗投料 超时信号 M0066 M006 8 添加剂计量斗重量比 较结果存储单元 D17 水斗预设报警 时间存储单元 M0028 添加剂斗投 料超时信号 M0069 M007 1 水计量斗重量比较结 果存储单元 D18 计量斗预设报 警时间存储单 元 M0029 水斗投料超 时信号 T0 C20 计量斗排料定时 D19 搅拌机预设报 警时间存储单 元 M0030 称斗排料超 时信号 T1 C1 搅拌机运行定时 D20 搅拌罐预设报 警时间存储单 元 M0031 搅拌机响应 超时信号 T2 C2 搅拌罐排料定时 D21 罐数设定存储 单元 M0032 故障报警触 发信号 T3 C3 粉料斗放料定时 C0 已加工罐数计 数 延时 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 12 2 输出继电器地址分配如表 3 2 表 3 2 输出继电器地址分配 地址说明地址说明 Y000 粉料斗仓门和螺旋输 送机启动 Y005 搅拌机启动 Y001 骨料斗仓门和螺旋输 送机启动 Y006 搅拌罐仓门和螺旋输 送机启动 Y002 添加剂斗仓门和螺旋 输送机启动 Y007 蜂鸣器 Y003 水料斗仓门打开 Y010 报警灯 Y004 所有计量斗仓门和螺 旋输送机启动 3 2 程序设计及分析 1 搅拌程序设计 搅拌系统主顺序功能图如图 3 1 图 3 1 搅拌系统主顺序功能图 初始步 C2 且 M0013 停止 C20 时间到 称斗排料结束 起动 M0001 1 且 C3 C4 C5 C6 时间到 称重完毕称重完毕称重完毕称重完毕 投料M0002M0003M0004M0005Y0Y2Y1Y3 M0006C3M0007C4M0008C5M0009C6 M0010Y4Y5C20 M0011Y5C1 M0012Y6C2 C1 搅拌时间到 称斗排料 搅拌 排放成品 C2 且 M0013 继续 M0000 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 13 启动及初始 已经给出了搅拌系统的顺序功能图和 PLC 程序梯形图 图 3 2 的 M0013 用来 实现在按下停止按钮后不马上停止工作 而是在当前工作周期的操作结束后 才停 止运行 开始按钮和停止按钮互相制约 M0013 用启动按钮 M0001 和停止按钮 M0066 来控制 如梯形图所示如果在程序运行过程当中按下停止按钮 在当前的循 环中的每一个步骤都不会受停止键的影响 只有此循环完成回到初始步时 由于停 止按钮使 M0013 复位 所以在初始步中的 M0013 的常闭触点断开 致使初始信号同 M0000 复位 使并行序列中的 M0013 常开角点不能闭合从而不能满足继续运行的条 件 所以程序中止 系统启动后所有计数器复位 如图 3 2 3 3 图 3 2 启动和系统初始检测 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 14 图 3 3 各计数器复位 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 15 搅拌主体程序 粉料斗 当初始信号 M0000 及起动按钮 M0001 同时置 1 或一个循环临近结束时 搅拌罐仓门打开信号 M0012 排料定时器 C2 起动信号 M0013 同时置 1 并且计量斗 仓门处于关闭状态时 粉料斗仓门 螺旋输送机打开信号 M0002 置 1 驱动输出继 电器 Y0 置 1 使料斗仓门和螺旋输送机同时打开 此时料斗上的称重传感器开始测量 物料重量 并且把测量结果送到 M0014 M0016 中 当测量结果和所预设的重量相当 时 PLC 使继电器 M0015 置 1 同时 M0002 也处于置 1 状态并且称斗仓门处于关闭状 态 M0010 为 0 从而满足停止放料并延时条件 即 M0006 置 1 延定时器 C3 开始 计时 同时报警定时器 C11 也开始工作 如图 3 4 图 3 4 粉料斗投料及计量料称料 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 16 骨料斗 当初始信号 M0000 及起动按钮 M0001 同时置 1 或一个循环临近结束时 搅拌罐仓门打开信号 M0012 排料定时器 C2 起动信号 M0013 同时置 1 并且计量斗 仓门处于关闭状态时 骨料斗仓门 螺旋输送机打开信号 M0003 置 1 驱动输出继 电器 Y1 置 1 使料斗仓门和螺旋输送机同时打开 此时料斗上的称重传感器开始测量 物料重量 并且把测量结果送到 M0017 M0019 中 当测量结果和所预设的重量相等 时 PLC 使继电器 M0018 置 1 同时 M0003 也处于置 1 状态并且称斗仓门处于关闭状 态 M0010 为 0 从而满足停止放料并延时条件 即 M0007 置 1 延定时器 C4 开始 计时 同时报警定时器 C12 也开始工作 如图 3 5 图 3 5 骨料斗投料及计量料称料 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 17 添加剂斗 当初始信号 M0000 及起动按钮 M0001 同时置 1 或一个循环临近结束 时 搅拌罐仓门打开信号 M0012 排料定时器 C2 起动信号 M0013 同时置 1 并且计 量斗仓门处于关闭状态时 骨料斗仓门 螺旋输送机打开信号 M0004 置 1 驱动输 出继电器 Y2 置 1 使料斗仓门和螺旋输送机同时打开 此时料斗上的称重传感器开始 测量物料重量 并且把测量结果送到 M0020 M0022 中 当测量结果和所预设的重量 相等时 PLC 使继电器 M0021 置 1 同时 M0004 也处于置 1 状态并且称斗仓门处于关 闭状态 M0010 为 0 从而满足停止放料并延时条件 即 M0008 置 1 延定时器 C5 开始计时 同时报警定时器 C13 也开始工作 如图 3 6 图 3 6 添加剂料斗投料及计量料称料 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 18 水斗 当初始信号 M0000 及起动按钮 M0001 同时置 1 或一个循环临近结束时 搅拌罐仓门打开信号 M0012 排料定时器 C2 起动信号 M0013 同时置 1 并且计量斗 仓门处于关闭状态时 骨料斗仓门 螺旋输送机打开信号 M0005 置 1 驱动输出继 电器 Y3 置 1 使料斗仓门和螺旋输送机同时打开 此时料斗上的称重传感器开始测量 物料重量 并且把测量结果送到 M0023 M0025 中 当测量结果和所预设的重量相等 时 PLC 使继电器 M0024 置 1 同时 M0005 也处于置 1 状态并且称斗仓门处于关闭状 态 M0010 为 0 从而满足停止放料并延时条件 即 M0009 置 1 延定时器 C6 开始 计时 同时报警定时器 C14 也开始工作 如图 3 7 图 3 7 水料斗投料及计量斗称斗 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 19 当粉料斗 骨料斗 添加剂斗及水斗的投料延时结束后 即 M0006 M0007 M0008 M0009 C3 C4 C5 C6 都被置 1 且搅拌机处于停转状态时 满足称斗排料条件 即发出排料信号 M0010 驱动输出继电器 Y4 打开称斗仓门打开 开始排料 同时排料定时器 C20 和报警定时器 C7 开始工作 如图 3 8 图 3 8 计量斗排料 PLC 程序代码 当排料结束后 即 M0010 C20 被置 1 且搅拌罐仓门处于关闭状态 满足搅拌 机启动条件 即发出搅拌信号 M0011 当称斗仓门打开或接收到搅拌机启动信号时 都可启动搅拌机开始搅拌工作 同时搅拌定时器 C1 和报警定时器 C15 开始工作 如图 3 9 图 3 9 搅拌机启动 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 20 PLC 程序代码 当搅拌工作结束 即 M0011 C1 被置 1 且下一循环还未到来 即初始信号 M0000 粉料斗仓门启动信号 M0002 处于复位状态 时 满足搅拌罐排放条件 即 M0012 置 1 驱动输出继电器 Y6 打开搅拌罐仓门开始排放成品 同时搅拌罐排料定 时器 C2 和报警定时器 C8 开始工作 排放成品意味着一个工作周期完成 则计数器 C0 进行加 1 计数开始累积加工 的罐数 准备进入下一循环周期 如图 3 10 图 3 10 搅拌罐排料及加工罐数统计 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 21 2 报警工作梯形图及程序 当粉料斗停止放料延时定时器 C3 和报警定时器 C7 计时结束 若此时料斗上的 称重传感器的结果仍与重量预设值不等 即 M0014 或 M0016 被置 1 而 M0013 仍处 于复位状态 则说明粉料斗投料步骤出现问题需要停机检查 并发出报警信号 即 使 M0026 置 1 如图 3 11 图 3 11 报 警条 件 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 22 同上所述 如果 C4 C12 计时结束 且 M0017 或 M0016 被置 1 而 M0018 仍处 于复位状态则说明骨料斗投料步骤出现问题 发出报警信号 即使 M0027 置 1 如 果 C5 C13 计时结束 且 M0020 或 M0022 被置 1 而 M0021 仍处于复位状态则说明 添加剂斗投料步骤出现问题 发出报警信号 即使 M0028 置 1 如果 C6 C14 计时 结束 且 M0023 或 M0025 被置 1 而 M0024 仍处于复位状态则说明水斗投料步骤出 现问题 发出报警信号 即使 M0029 置 1 当称斗排料定时器 C0 和报警定时器 C7 计时结束而驱动称斗仓门和螺旋输送机的输出继电器 Y4 仍处于复位状态 说明称 斗排料步骤出现问题 并发出报警信号 即使 M0030 置 1 当搅拌定时器 C1 和报 警定时器 C15 计时结束而驱动搅拌机的输出继电器 Y5 仍处于复位状态 说明搅拌 机出现问题 并发出报警信号 即使 M0049 置 1 当搅拌罐排料定时器 C2 和报警 定时器 C8 计时结束 而驱动搅拌罐仓门和螺旋输送机的输出继电器 Y6 仍处于复位 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 23 状态 说明成品步骤出现问题 并发出报警信号 即使 M0031 置 1 当上述任一报 警信号被置位 都会启动报警触发信号 M0032 梯形图中运用 T9 T10 组成了一个 振荡电路实现报警灯闪烁 当报警触发信号置位 T10 的常闭触点处于复位状态 T9 开始计时 计时结束后使驱动报警灯的输出继电器 Y7 打开报警灯 同时 T10 开 始计时 计时结束后 T10 的常闭断开使 T9 复位 T9 断开使报警灯关闭 同时 T10 复位 即 T10 的常闭触点又再次合上进入到一个闪烁循环 M0034 为报警响应按 钮 按下它使报警响应信号 M0033 置 1 从而使报警灯处于常亮状态 同时关闭蜂 鸣器 如图 3 12 3 13 图 3 12 报警触发 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 24 图 3 13 报警主体程序 PLC 程序代码 3 手动工作梯形图及程序 M0035 为粉料斗投料启动按钮 驱动输出继电器 Y0 打开粉料斗仓门和螺旋输 送机同时把称重传感器称得的结果传送到指定的存储单元中 按下粉料斗停止投料 按钮 M0036 或称重结束使仓门和螺旋输送机关闭 M0037 为骨料斗投料启动按钮 驱动输出继电器 Y1 打开骨料斗仓门和螺旋输送机同时把称重传感器称得的结果传 送到指定的存储单元中 按下粉料斗停止投料按钮 M0038 或称重结束使仓门和螺旋 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 25 输送机关闭 M0039 为添加剂斗投料启动按钮 驱动输出继电器 Y2 打开添加剂斗 仓门和螺旋输送机同时把称重传感器称得的结果传送到指定的存储单元中 按下添 加剂斗停止投料按钮 M0040 或称重结束使仓门和螺旋输送机关闭 M0041 为水斗投 料启动按钮 驱动输出继电器 Y3 打开水斗仓门同时把称重传感器称得的结果传送 到指定的存储单元中 按下水斗停止投料按钮 M0042 或称重结束使仓门关闭 在各 料斗仓门和螺旋输送机都处于关闭的状态的情况下按下称斗排料按钮 M0043 开始排 料 按下称斗排料停止按钮 M0044 停止排料 按下搅拌机启动按钮 M0045 驱动输 出继电器 Y5 开始搅拌 按下搅拌机停止按钮 M0046 停止搅拌 在搅拌机停止转的 状态下按下搅拌罐排料按钮 驱动输出继电器 Y6 打开仓门和螺旋输送机开始排料 按下搅拌罐停止排料按钮 M0048 停止排料 如图 3 14 3 18 图 3 14 粉料斗和骨料斗手动投料 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 26 图 3 15 添加剂及水斗手动投料 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 27 图 3 16 计量斗手动排料 PLC 程序代码 图 3 17 搅拌机手动启停 PLC 程序代码 图 3 18 搅拌罐手动排料 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 28 PLC 程序代码 4 A D 转换工作梯形图及程序 在初始状态触发信号的作用下 启动 AD 转换程序 由 BFM 30 中读出在 0 位置的特殊功能的 ID 号 保存在主单元的 D30 中 比较该值以检查模块是否 是 FX2N 4AD 如果是则 M101 变为 ON 然后将 H0000 写入 FX2N 4AD 的 BFM 0 建立模拟输入通道 CH1 CH2 CH3 CH4 分别将 4 写入 BFM 1 2 3 4 中 将 CH1 CH2 CH3 CH4 的平均采样数设为 4 从 BFM 29 中读出操作状态 并作为 FX2N 主单元的位元件输出 如果操作没有错误 则读取 BFM 的平均数据 最后当操作正常的情况下 BFM 5 6 7 8 被 读入 FX2N 主单元 并保存在 D0 D3 中 这些元件中分别存放 CH1 CH2 CH3 CH4 的平均数据 如图 3 19 图 3 19 A D 转换工作梯形图 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 29 PLC 程序代码 5 延时程序 利用定时器 T 及各步骤计数器 C 构造的循环计时结构实现时间延时 定时器每记 一秒计数器计一个数 如图 3 20 3 24 图 3 20 粉料及骨料投料延时 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 30 PLC 程序代码 图 3 21 添加剂及水投料延时 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 31 PLC 程序代码 图 3 22 计量斗排料延时 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 32 图 3 23 搅拌工作延时 PLC 程序代码 图 3 24 搅拌罐排料延时 PLC 程序代码 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 33 第 4 章 触摸屏画面的制作 4 1 画面的制作 此系统的制作是用 GP PRO PBIII 软件 来完成的 其中界面包括 欢迎界面 主菜 单 重量设定界面 时间设定界面 报警定 时界面 状态监控界面 报警信息界面 参 数信息界面 手动控制界面及帮助界面等 1 欢迎界面的设计 在软件上 创建一个欢迎页面 如图 4 1 页面上有一个触摸按钮 其功能为切换画面 当点击页面触摸按钮时即进入主菜单 2 主菜单的设计 在此界面点击相应的按钮进入各操作界 面 各参数设置完毕后退回主菜单 点击窗 口右下角的启动按钮开启混凝土搅拌系统程 序 点击停止按钮停止系统运行 窗口左下 角为系统日期和时间 如图 4 2 3 重量设定 时间设定及报警定时界面 在重量设定界面 如图 4 3 和时间设 定界面 如图 4 4 中用户需要设定的量为 粉料骨料 添加剂 水重量的目标值及一些 时间参数 这时设定输入区利用设定数值键 盘 用户可得到需要的目标值 点击输入按钮 激活数据输入区 输入后数值送入 PLC 目标 值保存单元 点击返回按钮回到主菜单 数值 的位数 精度以及该数值在 PLC 内存单元中的 地址都是在元件属性中设置的 如图 4 5 图 图 4 1 欢迎界面 图 图 4 2 主菜单 图 4 3 重量设定界面 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 34 图 4 4 时间设定界面 图 4 5 属性设定窗口 由于在混凝土搅拌系统运行中存在着震动 电气故障等一些可能发生的问题 需要对故障及 时反应 这就要对每一个可能发出问题的步骤设 置报警发生信号 此系统采用超时报警来对故障 进行反应 在报警定时界面 如图 4 6 中用户 需要对一些报警定时进行设置 但每一个设置 的时间必须大于在时间设定界面中相应的项目 设置的时间 4 状态监控界面 此界面 如图 4 7 是用来对混凝土搅拌 系统的运行状况进行监视 在界面的系统工作图 每一个步骤的旁边都有一个监控灯 当监控灯为 绿色时代表此步骤为活动步 红色时代表此步骤 为非活动步 5 报警信息界面 当系统出现报警信号时 此报警信息界面 如图 4 8 中会出现当前的故障出处 同时还 可浏览先前出现的报警信息 包括报警原因 时 间日期等等 用户点击开始按钮光标出现 点击 上 下按钮报警信息会上下滚动 ack ack all 按钮是 图 4 8 报警信息界面 图 4 6 报警定时界面 图 4 7 状态监控界面 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 35 用来标记已经处理过的光标所在的或所有的报警信息 清除及清除全部按钮是用来 删除光标所在的或所有报警信息 点击结束按钮光标消失 解除按钮是报警响应按 钮 按下它报警灯由闪烁变为常亮且蜂鸣器关闭 6 参数信息界面 在此界面 如图 4 9 中 用户需要观 察的量为粉料重量 骨料重量 添加剂重量 水重量 先前设定的各步骤运行预设的时间 以及当前的加工罐数 因此 设置相应数字 显示区 分别显示相应的值 在部件属性窗 口设置数据地址来保存数字 同时 与 PLC 数字存储区的位置对应起来 系统启动后 由传感器等将有关信号送入 PLC 进行处理 因 PLC 数字存储区的地址与触摸屏内存表相关 联 此时 触摸屏就可以实时显示数据 数据 的精度与位数根据实际情况在触摸屏的部件属 性窗口中设置 7 手动控制界面 在该界面 如图 4 10 中用户通过点击相 应的按钮来实现系统的手动单步控制各料斗仓门和螺旋输送机的开关 搅拌机的启 动和停止等 并且在界面中有用来显示部件开关 状态的标志灯 绿色为开启 红色为停止 8 帮助信息界面 考虑到现场实际需要 在界面设计时 增 加了帮助界面 如图 4 11 包括对各界面的 介绍和基本操作说明 图 4 11 帮助信息界面 图 4 9 参数信息界面 图 4 10 手动控制界面 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 36 4 2 触摸屏的画面传送和模拟 1 传送画面 在传送画面之前在 GP 单元和计算机之 间连上数据传送电缆 然后利用 GP PRO PBIII 完成传送 传送方法分为三种 1 发送全部画面 把一个工程文件中的所 有画面数据都传送到触摸屏 2 自动发送改变画面 在当前工程文件中 仅传送那些更新过的画面 如果选了这种 传送方法 在 GP 软件中删除的画面 传 送完毕后 在触摸屏上是不会自动删掉的 如果要完全更新画面 还是要选 发送全 部画面 3 发送用户选定的画面 可根据需要 传送指定的画面 可配合 Ctrl 键和 Shift 键 选择 在画面传送到 GP 单元之前 要利用传送菜单中的 准备 功能进行编译 如图 4 11 然后 按下发送按钮进行画面发送 同样按下接收按钮可以收到存储在 GP 单元中的数据 2 画面的模拟 在模拟之前要把在 GP 软件中创建的画面和模拟协议传送到触摸屏中 在传送 模拟协议要选中传送设定窗口中的使用扩展程序中的 模拟 选项 如图 4 12 点 击模拟窗口中的开始和停止按钮控制画面模拟的开关 如图 4 13 图 图 4 11 画面编译 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 37 图 4 12 传送模拟协议 图 4 13 模拟窗口 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 38 第 5 章 结论 在对混凝土搅拌站的工作原理分析研究并结合对相关的资料书籍的参考的基础 上 理清编程思路并利用PLC编程工具编辑主体控制程序 本系统把控制程序分为五 个部分 即 搅拌控制程序 报警控制程序 手动控制程序 A D转换程序及延时程 序 其中搅拌控制程序主要针对混凝土搅拌站的主体工作进行控制包括物料的投放 物料的称量 混合搅拌及成品的排放 报警控制程序是为了防止在搅拌站工作过程 中可能出现的一系列问题和故障而采取的监控报警手段 手动控制程序是为了使用 户方便单步执行和查找故障 A D转换程序是用来对传感器和PLC之间建立通讯 延 时程序用来保障搅拌工作的每一步都有足够的时间顺利的进行 在PLC程序的基础上为使对搅拌站的控制更加直观方便 本系统采用GP Pro PBIII触摸屏编辑软件制作控制界面 包括 欢迎界面 主菜单 重量设定界面 时间设定界面 报警定时界面 状态监控界面 报警信息界面 参数信息界面 手 动控制界面及帮助界面等 其中各寄存器和触发位地址都和PLC程序中的相应地址一 致 本系统由于采用目前国内市场占有量较高 技术成熟的日本 Pro face 公司的 人机界面及三菱公司 FX2N 系列可编程控制器 既使生产过程中 PLC 控制系统硬件发 生故障 也可以立即查明原因更换相应器件 最大限度的缩小在线维修时间 另外在 这种配置中 当触摸屏因在运行中出现意外故障 无法显示和监控时 PLC 能单独 完成一系列的工作 互不受影响 这样是防止当人机界面出现问题时 带来系统控 制失灵 在系统界面设计过程中 比较多的考虑了用户的实际需求 界面操作简洁 明了 但由于实验条件有限软件设计还有不足之处 对于程序的优化水平还有待提 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 39 高 请各位老师予以点拨和指教 参考文献 1 谢其盛 我国混凝土搅拌站 楼 的现状及其发展方向的探讨 安徽 中国公路机 械 2005 2 陈世利 孙墨杰 栗大超等 触摸屏的工作原理及典型应用 天津 天津大学 2004 3 廖常初 可编程序控制器的编程方法与工程应用 第 1 版 重庆大学出版社 2001 60 128 4 陈斌 林小峰 许光泞等 PLC在商品混凝土搅拌站自动控制系统中的应用 工矿自动化 2004 4 49 50 5 周秀君 触摸屏结合PLC在混凝土搅拌站 楼 中的应用 建设机械技术与管理 2004 17 66 69 6 赵本华 商学来 混凝土搅拌站中可编程控制器开关量软件抗千扰设计 混凝 土 2003 10 60 61 7 李飞 周明 触摸屏和PLC组成的改性沥青自控系统 中国建筑防水 2003 1 20 21 8 刘桂涛 章青 王慧清 基于P L C 自动控制的水泥搅拌系统研究 科学技术 与工 程 2004 12 1 3 9 孙振军 付建华 黎秀文 沥青计量供给系统中沥青回流现象的控制 建设机械 与管理 2002 9 25 10 姚竟红 严国祥 接近开关传感器与P L C 组成的自动换卷系统 中国造纸 2003 3 58 59 天津工程师范学院 2006 届毕业设计 论文 40 11 赵芳 李从冰 基于PLC的污水处理系统 工业控制计算机 2006 4 59 60 12 潘建森 PLC在水利排灌站智能化管理中的应用 自动化博览 2006 4 37 38 13 高桂珍 混凝土搅拌站综述 建设机械技术与管理 2000 3 15 14 鲁言峰 小量程称重传感器自动测试装置控制系统 衡器 1998 1 30 33 15 LiuJianming Cuiwei Development of PLC Technology in China 电气 英 文版 2005 16 41 42 16 CUITianshi DONGGuiju FANGJunlong The Application of PLC in the Overhead Crane 东北农业大学学报 英文版 2003 10 69 71 17 ZHUShaoying XUYu HEZhengwen The PLC Control System of Vacuum Resin Shot Dosing Equipment 国际设备工程与管理 英文版 2003 8 149 153 18 YinXinzheng WangWeiming Application of PLC to Temperature Control System for Plastics Extrusion Machine China Plastics Industry 2002 30 P21 22 19 ShiLilian Computer Monitoring System for Refrigeration and Air compressor Groups Based on PLC The Seventh International Conference on Electronic Measurement Instruments 2005 7 578 580 20 YangFeng WuQizhou The Application of PLC to the Unidirectional Direct Current Speed Regulation System China Plastics In