混凝土拌和生产线自动(设计说明书)

毕毕业业设设计计说说明明书书 混凝土拌和生产线自动混凝土拌和生产线自动 控制系统设计控制系统设计 专业专业电气工程及其自动化 学生姓名学生姓名 班级班级 学号学号 指导教师指导教师 完成日期完成日期 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 基于基于 PLCPLC 的混凝土拌和生产线自动控制系统设计的混凝土拌和生产线自动控制系统设计 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 I The Control System Design of Concrete Mixing Production Line 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 目目 录录 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 II 1 绪 论 .1 1.1 选题背景及意义.1 1.2 混凝土搅拌机的现状及国内市场分析.1 2 混凝土搅拌站系统概述 .2 2.1 混凝土搅拌站的组成.2 2.2 电控系统的构成.4 2.3 PLC 控制系统的组成 .4 3 混凝土搅拌站控制系统设计 .5 3.1 控制系统设计的基本原则及步骤.5 3.2 PLC 的工作原理 .6 3.3 可编程控制器的选用 .8 3.4 称量系统模拟量采集.8 3.4.1 模拟量输入模块 .8 3.4.2 缓冲寄存器 BFM 的分配 .9 3.5 I/O 分配 .10 4 混凝土搅拌站 PLC 程序设计 .14 4.1 混凝土搅拌站 PLC 程序设计思想 .14 4.2 系统初始化程序及主程序设计 .14 5 组态软件选择 .21 5.1 监控组态软件背景.21 5.2 监控组态软件的特点与功能.22 5.3 组态软件与 PLC 串行通信.22 5.3.1 可编程序控制器通信与网络概述 .23 5.3.2 系统数据集成的实现 .23 6 程序调试 .23 6.1 MSCOMM 控件 .23 6.2 系统初始化程序及主程序设计.23 6.3 程序调试 .27 7 结论与展望 .28 参考文献 .29 致 谢 .30 附 录 .31 附录 1 主程序梯形图.32 III 附录 2 梯形图指令.37 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 0 基于基于 PLCPLC 的混凝土拌和生产线自动控制系统设计的混凝土拌和生产线自动控制系统设计 1 绪 论 1.1 选题背景及意义 1969 年美国的数字设备公司（DEC）成功研制出世界上第一台 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 PLC。 此后，这项新技术就迅速发展起来，并推动了欧洲各国、日本以及我国对可编程序 控制器的研制和发展。 可编程序控制器自问世以来，发展极为迅速，它已作为一个独立的工业设备被 列入生产中，成为当代电控装置的主导。可编程序控制器总的发展趋势是向高集成 度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展，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。目前，PLC 在国内 外已广泛应用于机械制造、电力、采矿、钢铁化工等行业。 PLC 的应用在机械行业十分重要，它是实现机械一体化的重要工具，也是机械 工业技术进步的强大支柱。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，交通和建筑管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，而且要求生产速度快，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。 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 立的产业已有 100 多年的历史。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/ 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。 在“十五”乃至 2011 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 2 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 沥青混凝土拌和生产线是目前道路建设领域中的重要设备之一，随着筑路路面 要求的提高，它对沥青混凝土拌和质量提出更高的要求： 1) 系统要求能连续 16H 工作； 2) 要求沥青混凝土拌和的油石比精确； 3) 要求生产过程中的每一拌料具有数据备查功能。 系统根据工程上沥青混凝土具体配比要求，由料仓将料放入称料斗称料，称料 完毕后，按一定顺序放入拌缸中搅拌，拌缸搅拌的同时，料斗又开始下一循环称料， 拌缸中的料经过 45S 搅拌后，放入小车，并存放到贮料罐。简化的控制对象工作要 求见图 2-2 所示： 系统控制要求分析： 系统称料分三路：石料，石粉和沥青。当系统启动，若三个料斗都处于关门状 态，三种材料根据工程配方开始称料：石料称斗先称取 1#石料，当称量值到，关闭 1#石料仓门，接着称料斗开始称 2#石料，称量值到，关闭 2#石料仓门；在称石料 的同时，粉称斗和沥青称斗也开始称料。粉称斗称料过程与石料类同。而沥青称料 作了技术处理：沥青称量分两步进行，第一步与石料、石粉同步称量，称沥青所需 要量的 80%，余下的 20%等石料称料结束，根据石料称量偏差对沥青称量作修正， 经第二次称量，实际加入的沥青量的百分比为： 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 2 0.8X+0.2X+ X 式中，X 为沥青量在拌料中的百分比。 当三种原料称料结束，将石料放入拌缸，延时T1 放入沥青，在延时T2 放 入石粉，三个称料斗放完料后再次进行下一循环称料。而拌缸中的料经过搅拌 45S 后放入小车，由小车将料放入贮料罐中。 图 2-2 生产线称量控制要求 1）运输设备 运输设备包括骨料运输设备以及水泵等。一般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。 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 斗设备配合传感器称量进行配料。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。 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。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 石料实际称量值-石料理论称量值 石料理论称量值 X 3 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- 3： 混凝土搅 拌站 PLC 传感器 中间继电 器 执行机构 PC 智能元件 打印机 RS232 图 2-3 电控系统构成 1、PLC 采用日本三菱公司的 FX 系列产品。它是种高性能小型可编程控制器。 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 05V 的模拟输出接口板。 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、添加剂放料电磁阀、搅拌电机等。 2.3 PLC 控制系统的组成 PLC控制系统主要由硬件部分和软件部分组成。 (1)硬件部分 PLC控制系统的硬件部分不仅包括符合系统控制要求的PLC机型、存储器容量、 输入输出模块、电源模块、通信模块、模拟量输入输出模块和其他特殊功能模块 等，还包括合适的外围装置，如输入设备(按钮、开关、传感器等)、输出设备(接 触器、继电器等)和执行装置控制的现场设备(电机、水泵、阀门等)。 (2)软件部分 PLC控制系统软件部分包括对IO地址、内部继电器、定时器、计数器的使用 和分配，根据要求设计的PLC控制程序及人机界面等。 3 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 PLC 控制系统是为现场工艺控制服务的，为实现被控对象（生产设备或生产过 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 4 程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。在设计控制系统时，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。 (2) 在满足控制要求的前提下，使控制系统简单、经济、使用及维护方便。 (3) 要考虑 PLC 控制系统未来的可扩展性。 (4) 控制系统的构成应力求简单、实用，操作、维护、检修方便，安全可靠。 图3-1为PLC控制系统设计的一般步骤，具体分析如下： (1)分析控制要求：在设计PLC控制系统之前，要深入了解分析被控对象的工艺 要求和控制要求，设计出令人满意的控制系统。 (2)确定输入输出设备：根据控制要求选择合适的输入设备(控制按钮、开关、 传感器等)和输出设备(接触器、继电器等)，并确定PLC所需的IO点数。 (3)选择合适的PLC：根据所需的IO点数和具体PLC控制系统的功能要求，选 择类型合适的PLC，需要考虑PLC的机型、存储容量、电源模块和其他功能模块等。 (4)IO分配：规定PLC的端子和输入输出设备之间的对应关系，绘制出端子 的连接图。 (5)PLC程序设计：根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。在PLC程序设计阶 段一般先画出程序流程图，再编写程序。 (6)模拟调试：可以用按钮、开关来模拟数字量，用电压源和电流源来代替模 拟量，对程序反复调试、修改，直到满足控制要求。 (7)现场安装与配线：将输入输出设备与PLC之间的连线接好。 (8)联机调试：将PLC程序与现场的输入输出设备一起进行调试，解决发现的 问题，使系统满足控制要求。 (9)整理技术文档：要整理的技术文档包括设计说明书、IO接线原理图、程 序清单、元器件明细表、使用说明书等。 5 开始设计 确定输入/输出设备 选择合适的PLC I/o分配 PLC程序设计 模拟调试 现场安装与配线 现场联机调试 整理技术文件 设计结束 分析控制要求 图 3-1 PLC 控制系统设计步骤示意图 3.2 PLC 的工作原理 电源 ON 内部处理 通信操作 更新时钟和特殊寄 存器 CPU运行方 式 RUN STOP 输入处理 程序执行 输出处理 执行自诊断 存放自诊断错误结果 CPU强制为STOP CPU正常否？ 致命错误？ 图 3-2 PLC 循环扫描工作方式 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 6 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。 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。 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。 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。 7 3.3 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:I/O 点数问题，I/O 类型问题， 联网通信问题，系统响应时间问题，可靠性问题，程序存贮器问题。 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:外部接线方式问题，点数问题，开关量输入模块，开关量输出 模块。 本项目选择了日本三菱公司 FX 中档可编程控制器，并配置 FX-4AD（四通道 12 位 A/D 转换模块） ，而 12 位的 A/D 转换器可使石料称量分辨率达 0.5kg，以满足系 统技术指标。模拟输入量包括石粉、石料、沥青等重量。 3.4 称量系统模拟量采集 3.4.13.4.1 模拟量输入模块模拟量输入模块 模拟量输入模块的作用是将传感器输出的标准模拟量信号转换为 PLC 内部的数 字量信号。工业控制中，某些输入量（如压力、温度、流量等）是模拟量，某些执 行机构（如伺服电动机、调节阀、记录仪等）要求 PLC 输出模拟量信号，而 PLC 的 CPU 只能处理数字量；传感器和变送器的模拟量为标准的电流或电压，如 420mA,15V,010V，PLC 可有 A/D 转换器将模拟量转换为数字量；带正负号的 电流或电压信号在 A/D 转换后用二进制的原码或补码表示。模拟量 I/O 模块的主要 任务是完成 A/D 转换，可以是单独的 A/D 转换，如模拟量输入模块 FX4AD。 表 3-1 FX-4AD 技术指标 电压输入电流输入项目 4 通道模拟量输入。通过输入端子变换可选电压或电流 模拟量输入范 围 DC-10+10V（输入电阻 200k）绝对 最大输入15V DC-20+20mA（输入电阻 250）绝对 最大输入32mA 数字量输出范 围 带符号位的 12 位二进制（有效数位 11 位）数值范围-2048+2047 分辨率5mV（10V1/2000）20A（20mA1/1000） 综合精确度1%(满量程 0V10V)1%(满量程 4mA20mA) 转换速度每通道 15ms（高速转换方式时为每通道 6ms） 隔离方式模拟量与数字量间用光电隔离。从基本单元来的电源经 DC/DC 转换器隔离。各输 入端子间不隔离 模拟量用电量DC 24（110%）V， 50mA I/O 占有点数程序上为 8 点（计输入或输出点均可），有 PLC 供电的消耗功率为 5V 30mA FX-4AD 为 4 通道 12 位 AD 转换模块，根据外部连接方法及 PLC 指令，可选择 电压输入或电流输入，是一种具有高精确度的输入模块。通过简易的调整或根据 PLC 的指令可改变模拟量输入的范围。瞬时值和设定值等数据的读出和写入用 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 8 FROMTO 指令进行。本设计中设置 CH1，CH2，CH3 为电压输入状态。 3.4.23.4.2 缓冲寄存器缓冲寄存器 BFMBFM 的分配的分配 表 3-2 FX-4AD 模块 BFM 分配表 BFM内容 *#0通道初始化 缺省设定值=H 0000，BFM#0 中写入 4 位 16 进制数分别设定 4 个通 道工作方式 *#1通道 1 *#2通道 2 *#3通道 3 *#4通道 4 平均取样次数设定 14096， 缺省值=8，设定值超出范围 按缺省值 8 处理 #5通道 1 #6通道 2 #7通道 3 #8通道 4 存放各通道经 A/D 转换的数字量平均值，数据由 FROM 指令 读取 #9通道 1 #10通道 2 #11通道 3 #12通道 4 存放各通道当前 A/D 转换的数字量，数据由 FROM 指令读取 #13#19不能使用 *#20重置为缺省设定值 缺省设定值=H 0000，若 BFM#20=1，设定值均恢复到缺省设 定值，若 BFM#20=0，设定值不改变 *#21零点 0 和增益 G 调整 ，缺省设定值 b1,b0=0,1（允许） ；b1,b0=1,0 ( 禁止 ) *#22零点、增益调整 b7b6b5b4b3b2b1b0 G4O4G3O3G2O2G1O1 *#23零点值：缺省设定值=0，调整值以 5mV/20uA 为步距。零点：数字量输出为 0 时 的是输入值 *#24增益值：缺省设定值=5000，调整值以 5mV/20uA 为步距。增益：数字量输出为 +1000 时的是输入值 *#25*#28空置 *#29出错信息 *#30特殊功能模块识别码，用 FROM 指令读入，FX-4AD 的识别码为：K2010 *#31不能使用 特殊功能模块 FX-4AD 的缓冲寄存器 BFM，由 32 个 16 位的寄存器组成，编号为 BFM#0#31。 FX-4AD 的 BFM： （1）BFM#0，写入十六进制 4 位数字 H0000，使各通道初始化，最低位数字控 9 制通道 1，最高位控制通道 4；各位数字意义： 0：设定输入范围-10+10V； 1：设定输入范围+4+20mA； 2：设定输入范围-20+20mA； 3：关闭该通道。 （2） BFM#29 中各位的状态是 FX-4AD 运行正常否的信息，如：b2=0,表示 DC24V 电源正常，b2=1 则电源有故障。用 FROM 指令读取 BFM#29，可作响应处理。 （3）BFM#30 中存放特殊功能模块的识别码，PLC 用 FROM 指令读入，FX-4AD 识 别码为 K2010，用户可在程序中利用识别码，在传送数据前先确认模块。 本设计选用了 FX2N-48MR PLC，其程序容量为 8K 步，I/O 点数为 256 个。 表 3-3 FX2N-48MR PLC 基本单元 类型型号输入点数输出点数电源类型 基本单元FX2N-48MR （S、T） 2424AC100-240V 或 DC24V 3.5 I/O 分配 本系统需要配置的 I/O 点如下: 表 3-4 混凝土称量系统输入/输出和内部元件地址表 输入功能输出功能 S 状 态 功能 数据寄 存器 功能 计时 器 功能 X1 石料秤斗 开限位 Y1 石料 1 仓开/关 S0 初始化 设置 DM1 存石料 1 数 据 T1 计 1#石料 重量延时 X2 石料秤斗 关限位 Y2 石料 2 仓开/关 S11称石料 1DM2 存石料 1+2 数据 T2 计 1+2#石 料延时 X3 沥青秤斗 开限位 Y3 沥青仓 开/关 S12称石料 2DM3存沥青数据T3 石料斗关门 延时 X4 沥青秤斗 关限位 Y4 石粉仓 开/关 S13 计算沥 青修正 DM4存石粉数据T4 计实际沥青 重量延时 X5 石粉秤斗 开限位 Y5 石料秤 斗开 S14 开石料 秤斗 DM10 存 CH1 石料 值 T5放石粉延时 X6 石粉秤斗 关限位 Y6 石料秤 斗关 S15 关石料 秤斗 DM11 存 CH2 沥青 值 T6 计石粉重量 延时 X7 I/O 连续 单调 Y7 沥青秤 斗开 S16 称 80%沥 青 DM12 存 CH3 石粉 值 T7 石粉斗关门 延时 X10启动Y10 沥青秤 斗关 S17 补称沥 青 DM13中间值T8拌和时间 续表 3-4 X11拌缸关门Y11石粉秤S18开沥青DM14存 A/D 识别T9拌缸放料时 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 10 斗开秤斗码间 X12 小车前行 限位 Y12 石粉秤 斗关 S19 关沥青 秤斗 DM20 存石料 1 给 定值 T10 小车卸料时 间 X13 小车后行 限位 Y13 拌和机 拌和 S20称粉DM21 存石料 1+2 给定值 Y14 拌缸放 料 S21 开粉秤 斗 DM22 存 80%沥青 给定值 Y15 小车前 行 S22 关粉秤 斗 DM23 存 100%沥 青给定值 Y16 小车卸 料 S32 拌和机 拌和 DM24 存石粉给定 值 Y17 小车后 行 S33 拌缸放 料 S34 小车前 行 S35 小车卸 料 S36 小车后 行 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 COM N L Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 COM FX-4AD 扩展线 VCC GND CH1 CH2 CH3 220V 220V SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 S SB1 SB2 SQ7 SQ8 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 KM9 KM10 KM11 KM12 KM13 KM14 KM1 KM15 KM2 FX-2N-48MR 图 3-3 PLC 外部接线图 根据 I/O 分配表设计的控制面板简图如图 3-4 所示： 石料秤斗开限位 石料秤斗关限位 沥青秤斗开限位 沥青秤斗关限位 石粉秤斗开限位 石粉秤斗关限位 I/O连续单调 启动 拌缸关门 小车前行限位 小车后行限位 石料1仓开/关 石料2仓开/关 沥青仓开/关 石粉仓开/关 石料秤斗开 石料秤斗关 沥青秤斗开 沥青秤斗关 石粉秤斗开 石粉秤斗关 拌和机拌和 拌缸放料 小车前行 小车卸料 小车后行 11 X1 X2 X3 X4 X5 X6 石料秤斗 石料秤斗 沥青秤斗 沥青秤斗 石粉秤斗 石粉秤斗 开限位 关限位 开限位 关限位 开限位 关限位 X7 X10 X11 X12 X13 I/O连 启动 拌缸关门 小车前行限位 小车后行限位 续单调 图 3-4 控制面板图 主电路原理图： 本设计中小车前行及后行靠电机控制，电机的正反转是借助正反接触器改变定 子绕组相序来实现的。图中 KM1 为电机正转接触器线圈，即小车前行接触器，KM2 为电机反转接触器线圈，即小车后行接触器。接触器 KM1，KM2 是靠 PLC 来驱动的。 QS 为刀开关，FU 为三相熔断器，FR 为热继电器，M 为电动机。 L1 L2 L3 QS FU KM1KM2 FR M 3 图 3-5 小车控制电路图 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 12 开始 A/D设定， 采样启动S0 X2 X6 X4 石料秤斗关门 石粉秤斗关门 沥青秤斗关门 S11 秤石料1 S12 秤石料2 T1 M91 PLSM91 清石料1,2数据 DM1，DM2 开石料仓1，置Y1 Y1 石料1秤量值到Y1 复位 T1延时2秒 T1 送石料秤量 数据DM1 PLSM92 开石料仓2，置Y2 M92 Y2 T2 石料2秤量值到Y2 复位 T2延时2秒 送石料1+2重量 到DM2 T2 S13 算校正值 PLSM93 计算石料秤重偏差 修正沥青第二次秤量 置M1，允许沥 青修正秤量 S17 补称沥青 T6 X11 粉秤毕 拌缸关门 S14 开石料秤斗 T3 X1 Y6 X1 Y5放石料M1 复位 T3延时2秒 放沥青 S15 关石料秤斗 X2 X7 石料秤斗关限位 连续工作 S16 秤80%的沥青 Y3 M1 PLSM94 M94 清沥青数据DM3 Y3 M2 第一次秤沥青 置Y3 PLFM92 送80%沥青 到DM3 S17 秤校正沥青 T4 T3 PLSM95 第二次秤 沥青置Y3 M95 T4延时2秒 Y3 送沥青实际 秤量到DM3 T4 S18 开沥青斗 X3 Y10 X3 Y7开沥青斗 T5延时2秒 放粉 T5 S22 S19 关沥青斗 X4 X7 X4 Y7 Y10关沥青 斗 S20 秤粉 PLSM96 M96 清粉数据DM4 开粉仓置Y4 粉秤值到Y4复位 Y4 T6延时2秒 送石粉秤量到 DM4 T6 T5 T6 S21 开粉秤斗 X5 Y12 Y11开石粉 X5 T7延时2秒 T7 S22 关粉秤斗 X6 Y11 Y12关粉斗 X6 X7 M93 X2Y5 Y6石料秤斗 关 图 3-6 PLC 控制程序流程图 13 4 混凝土搅拌站 PLC 程序设计 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、石粉斗秤、沥青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）在称石料的同时，粉称斗和沥青称斗也开始称料。粉称斗称料过程与石料类同。 4）沥青称量分两步进行，第一步与石料、石粉同步称量，称沥青所需要量的 80%， 余下的 20%等石料称料结束，根据石料称量偏差对沥青称量作修正。 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。 4.2 系统初始化程序及主程序设计 设计中有 3 种模拟量输入，使用 FX-4AD 特殊功能模块，需要对 FX-4AD 的缓冲 寄存器 BFM 进行初始化设置。运用 FROM 进行读指令，TO 进行写指令。 M8000 监控运行，初始化开始，先从 FX-4AD BFM#30 中读取模块识别码 K2010，放入数字寄存器 D14 中，再将 D14 中的内容与识别码作比较，若相同则 M4=1，反之 M4=0。M4=1，对 BFM 通道进行设定，写参数 H3000 到 BFM#0 中，设置 CH1CH3 为电压输入，关闭 CH4 通道，写平均采样次数分别送到 BFM#1BFM#3， 再从 FX-4AD BFM#29 中读模块状态信号 b0b15 送到 M10M25 中。若 M18=0 则转 换就绪，M10=0 则转换正常，通道 CH1CH3 的 A/D 转换数据放到寄存器 D10D12 中。系统通道设定及初始化完成后，系统进入配料称量阶段。系统启动按钮 X10 按 下，X10 置 1，系统启动，程序进入步进，S0=1，若石料秤斗关限位 X2，沥青秤斗 关限位 X4，石粉秤斗关限位 X6 都置 1，系统允许三种配料同时称量，小车运料也 准备就绪： 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 14 图 4-1 通道设定及初始化梯形图 石料称量过程分析： 石料 1 的称量梯形图如图，石料 1 称量过程开始，步进指令 S11 上跳，辅助继 电器 M91 接通一个扫描周期。M91 接通，寄存器 D1 和 D2 的数据清零，其中 D1 为石 料 1 实际称料量数据寄存器，D2 为石料 2 实际称料量数据寄存器。清零后，继电器 Y1 置 1,1#石料仓打开，石料斗开始称 1#石料，系统通过 A/D 转换，将 A/D CH1 采 入石料 1 重量与石料 1 给定值比较，当采入重量大于等于给定值时，Y1 复位，1#石 料仓关闭，1#石料仓关闭后延时 2s，然后将计入落差的石料 1 重量值存放于 D1 寄 存器中。此时石料 1 称量过程完毕，程序进入下一工步，即石料 2 称量过程。 15 图 4-2 石料 1 称量梯形图 石料 2 称量梯形图如图，石料 2 称料过程和石料 1 称料过程相似。步进指令 S12 上跳，使 M92 接通一个扫描周期，Y2 置 1,2#石料仓打开，称料过程开始，将 A/D CH1 采入的石料 1+石料 2 重量与石料 1+石料 2 给定值比较，当实际重量大于 等于给定值时，Y2 复位，2#石料仓关闭，关门后延时 2s，然后将石料 1+石料 2 实 际称量值存放于 D2 寄存器中，此时石料 2 称量完毕，这代表着石料称量结束，程 序进入下一工步，即沥青补称量计算过程。 图 4-3 石料 2 称量梯形图 混凝土拌和生产线自动控制系统设计 16 在前面说到沥青称量的计算方法为： 0.8X+0.2X+ 式中，X 为沥青量在拌料中的百分比。 计算时需要用 PLC 功能指令中的四则运算来实现。 沥青称量计算开始，步进指令 S13 上跳，M93 接通一个扫描周期。M93 接通， 使用 SUB 减指令计算石料实际值与石料理论称量值之间的差值，并把差值存放于寄 存器 D13 中，在这里把它们之间的差值记作X，接着使用 MUL 乘指令计算X 与沥 青给定值之间的乘积，乘积值也存放于 D13 中，在这里记作Z，在利用 DIV 除指 令计算Z 除以石料给定值，结果放于 D13 中，记作Y，最后运用 ADD 加指令计算 沥青修正值为 Y+Y。沥青修正值计算完毕，计算值放在 D13 中，此时 M1 置 1，M1 为允许沥青补称修正量标志，允许沥青斗补称沥青。若沥青和石粉称量都完成且拌 缸门关好，石料斗准备放石料到拌缸中。 S14 上跳，允许沥青补称修正标志 M1 复位。石料斗开，放石料到拌缸，石料斗 开门限位 X1 动作，即 X1 置 1，T3 延时 2s 动作，置 S15=1，则 S14=0。接着 Y5=1， 石料关门，关门限位动作 X2=1,到此时沥青补称计算及放石料过程结束。若要系统 连续工作，则 X7=1，重复上述工作。 石料实际称量值-石料理论称量值 石料理论称量值 X 17 图 4-4 沥青补称计算及放石料过程梯形图 步进指令 S16 上跳，M94 接通一个扫描周期，称沥青开始。M94 接通，放沥青 称量值数据寄存器 D3 清零，Y3 置 1，沥青仓门开。沥青仓开始放沥青到沥青斗中， 将 A/D CH2 采入的沥青值与 80%沥青给定值比较，当称量值大于等于 80%给定值时， Y3 复位，沥青