基于PLC的混凝土搅拌机.doc

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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长处,受到越来越多的工程技术人员的注重。它目前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合,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始终简称为PC。由于到90年代,个人计算机发展起来,也简称为PC;可编程序范畴很大,因此美国AB公司初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。PLC在控制领域的应用是保持了广泛的增长趋势。
随着国内经济建设的高速发展,许多大型的基本工程及建筑工程相继动工。建设优质的工程需要高品质的混凝土,并且随着人们环保意识的加强,为了减少都市噪音和污染,交通和建筑解决部门规定施工用的混凝土集中生产和管理。这样不仅规定,混凝土的配料精度高,而目规定生产速度快,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注重。可编程控制器(PLC)具有可靠性高、功能完善、编程简朴且直观,可以有效地弥补继电器控制系统的缺陷。
从19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近年的历史。随后,美国于19,法国于1933年建立了自己的搅拌站。二次大战后,特别是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迅速发展。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在领先地位。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,特别在大型工程中被采用。国内混凝土搅拌站(楼)的研制是从50年代开始的,在其发展过程中,型式的选用和重要技术参数基本上是根据顾客规定和参照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》的颁布实行,将混凝土搅拌站(楼)的研制和生产纳入了原则管理的轨道,为其发展奠定了基本。产品技术原则和预拌混凝土原则的规定中,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,逐渐取代了进口搅拌站,在国内已经占主导地位,其控制系统也得到迅速发展。国内大型混凝土搅拌站生产厂商涉及:三一重工、珠海志美、上海华建、南方路机等。自八十年代以来,国内混凝土机械有两次战略性产品构造调节,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,目前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),把国内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构造调节,反映了混凝土机械行业稳定、持续、全面发展的深层次规定。通过科研院所和生产公司的共同开发,适时引进国外先进的混凝土泵和混凝土搅拌输送车技术,使国内在商品混凝土机械的设计、制造能力和水平均有了很大提高,某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,节省了外汇,获得了较好的经济效益和社会效益。至今国内要建设一大批大型煤矿、油田、电站、机场、港口、高速铁路、高级别公路等重点工程,同步也要进行大量的都市道路、城乡住宅的开发与建设,这都需要大量的混凝土。因此目前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。
第一章混凝土搅拌站简介


一种全套的搅拌装置是由许多台主机和某些辅助设备构成,它最基本的构成部分有如下五个:运送设备、料斗设备、称量设备、搅拌设备和辅助设备,如图1-1:
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
图1-1混凝土搅拌站示意图
1)运送设备
运送设备涉及骨料运送设备、水泥输送设备以及水泵等。骨料运送设备有皮带机、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送设备,。水泥输送设备和添加剂输送设备由斗式提高机和螺旋输送机构成。
2)料斗设备
料斗设备由贮料斗、卸料设备(闸门、给料机等)和某些其他附属装置构成。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。因此,它是工艺设备的构成部分,并不是大宗物料的贮存场合。
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启动和关闭的,大多是气动的,其构造简朴,卸料能力大,但是只有当物料是完全松散状态时,才干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。闸门的类型诸多,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,它控制着多种混合料的配比。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,并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涉及贮料斗、给料设备(闸门或给料机)和称量设备等。对称量设备的规定,一方面是精确,另一方面是迅速。称量的不精确将对混凝土的强度产生很大的影响,同步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,杠杆秤已经被裁减。为了适应多种不同的物料,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种传感器。
4)搅拌设备
即一般的混凝土搅拌机,没有提高装置和供水装置。其设计技术很成熟,在搅拌站设计中,一般采用原则搅拌机。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、塑性及多种配比的混凝土,均能达到良好的搅拌效果。

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1-2:
RS-232
打印机
PC
PLC
传感器
智能元件
中间继电器
执行机构
混凝土搅拌站
图1-2电控系统构成
1、PLC采用三菱FX2n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,也有助于顾客此后对搅拌站的更新与扩展,我设计的混凝土搅拌机的PLC
-4。
2、智能元件重要是指集显示、变送和控制于一体的配料控制器。它有一种0~5V的模拟输出接口板,%,%、%包装秤使用。
3、传感器重要涉及称重传感器和行程开关等。
4、执行机构涉及骨料放料电磁法阀、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。

混凝土搅拌站控制系统重要采集的是多种物料的重量信号,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构成部分,由多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传感器的防护级别
④搅拌站的规模和工作类型
⑤称重传感器的精确度
称重传感器的选型应充足考虑以上某些因素外,还应尽量兼顾构造简朴、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规定,又要兼顾称重传感器的运营环境,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。
混凝土搅拌站规定的传感器额定载荷从1kg~4000kg不等,骨料传感器的称量范畴最大,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畴、线性度、敏捷度和辨别率后,并且根据搅拌站中称重传感器的运营环境,选用的是HL-F(1)型方悬臂梁高精度压力传感器,如图1-3:
图1-3HL-F(1)型方悬臂梁压力传感器
%、2mv/v的敏捷度、%、%、%、%℃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1~20T。F型传感器采用剪切构造,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。


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)的工艺规定,以提高生产效率和产品质量。再设计控制系统时,应遵循如下基本原则:
最大限度地满足被控对象的控制规定。设计前,要进一步现场进行调查研究,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,协同解决实际中浮现的多种问题。
在满足控制规定的前提下,力求使控制系统简朴、经济、使用及维护以便。监控界面和谐,简洁明快。
保证控制系统的安全、可靠。
考虑到生产的发展和工艺的改善,在选择PLC容量及MCGS监控点时,应当留有余量。
控制系统设计的一般环节如图1-4所示:
N
N
Y
Y
拟定控制对象和控制任务
PLC及组态软件的选择
I/O及监控地址分派
软件设计及模拟调试
电气系统设计
硬件组装
通电实验
对的?
符合控制规定?
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1-4PLC控制系统设计流程图

PLC采用循环扫描的工作方式,其扫描过程如图1-5所示。
STOP
RUN
内部解决
通信操作
输入解决
程序执行
输出解决
CPU运营方式
更新时钟和特殊寄存器
电源ON
CPU正常否?
执行自诊断
1
1
2
寄存自诊断错误成果
致命错误?
CPU强制为STOP
2
图1-5PLC循环扫描工作方式
这个工作过程分为内部解决、通信操作、程序输入解决、程序执行、程序输出几种阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。内部解决阶段,PLC检查CPU模块的硬件与否正常,复位监视定期器等。在通信操作服务阶段,PLC与某些智能模块通信、响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等,当PLC处在停(STOP)状态时,只进行内部解决和通信服务操作等内容。在PLC处在运营(RUN)状态时,从内部解决、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,始终循环扫描工作。
①输入解决
输入解决也叫输入采样。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相应的映像寄存器。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,虽然输入信号发生变化,其映像寄存器的内容也不发生变化,只有在下一种扫描周期的输入解决阶段才干被读入信息。
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,则根据跳转条件与否满足来决定程序的跳转地址。从顾客程序波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相应输入端子状态,从输出映像寄存器读出相应映像寄存器的目前状态,根据顾客程序进行逻辑运算,运算成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程序解决
程序执行完后来,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,在输出解决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,也可按顾客程序所指定的可变顺序进行。这不仅由于有的程序不需要每扫描一次就执行一次,并且也由于在某些大系统中需要解决的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措施,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,这和老式的继电器控制系统“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,在程序执行阶段虽然输入发生了变化,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解决阶段才干变化。暂存在输出映像寄存器中的输出信号,等到一种循环周期结束,CPU集中将这些输出信号所有输送给输出锁存器。由此可以看出,所有输入输出状态的变化需要一种扫描周期。换言之,输入输出的状态保持一种扫描周期。
扫描周期是PLC一种很重要的指标,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顾客程序长短。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备一般是可以接受的,PLC的响应滞后是容许的。但是对某些I/O迅速响应的设备,则应采用相应的措施。如选用高速CPU,提高扫描速度,采用迅速响应模块、高速计数模块以及不同的中断解决等措施减少滞后时间。影响I/O滞后的重要因素有: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。

进行PLC选型时,应当从如下几种方面进行考虑:
1)I/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PLC。