混凝土攪拌站的plc控制設(shè)計(jì)

混凝土攪拌站的plc控制設(shè)計(jì),混凝土攪拌站的plc控制設(shè)計(jì),混凝土,攪拌,plc,控制,節(jié)制,設(shè)計(jì) I XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題目：基于 PLC 的混凝土攪拌站控制 I 基于 PLC 的混凝土攪拌站控制及監(jiān)控程序設(shè)計(jì) 摘要：混凝土攪拌站是隨著水泥的誕生而產(chǎn)生和發(fā)展的。它是建筑、橋梁、道路、大 壩等工程施工中的必備設(shè)備，它由貯料、配料、攪拌、放料等結(jié)構(gòu)部件組成，是一個(gè) 受多環(huán)節(jié)制約的復(fù)雜系統(tǒng)。而隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，綜合國力不斷增強(qiáng)，國 家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資力度加大，拉動(dòng)了城市商品混凝土的高速發(fā)展，同時(shí)，使混 凝土攪拌站有了較大的發(fā)展空間，最初攪拌站僅以單機(jī)的形式出現(xiàn)，混凝土自拌自用， 隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大規(guī)模的開展，產(chǎn)生了很大的商品混凝土市場(chǎng)，攪拌站的需求越來 越大，計(jì)量要求越來越高，于是出現(xiàn)了各種不同形式帶有計(jì)量裝置的攪拌站，從而產(chǎn) 生了現(xiàn)代的混凝土攪拌站。 常見的混凝土攪拌站控制方式有繼電器直接控制、PLC 和計(jì)算機(jī)結(jié)合以及 PLC 和配 料控制器結(jié)合 3 種控制方式。采用 PLC 和配料控制器結(jié)合控制的攪拌站性能可靠、性 價(jià)比高，可以保證混凝土的質(zhì)量，提高混凝土生產(chǎn)效率。作為混凝土攪拌站的核心， 控制及監(jiān)控程序在計(jì)量精確、控制可靠、管理方便等方面的要求也日益提高。 本文針對(duì) PLC 和配料控制器結(jié)合控制的攪拌站來設(shè)計(jì)其控制及監(jiān)控程序設(shè)計(jì)中主 要要完成的任務(wù)有系統(tǒng)構(gòu)造、PLC 的 I/O 分配、工作流程圖及 PLC 程序的編寫。 關(guān)鍵詞:混凝土攪拌站；I/O 分配；可編程控制器（PLC） ；自動(dòng)控制 II Abstract:Concrete mixing stations were producted and developed with the birth of cement. It is the construction of the necessary equipment for buildings, bridges, roads, dams and other projects.Itsconstructed 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 complet a systematic structure, the I / O distribution of PLC and prepar the work flow chart and PLC program. Key words:concrete mixing station; the I / O distribut- ion;programmable logic controller(PLC); automatic control III 目錄 1 緒 論 .1 1.1 選題背景及意義 .1 1.2 混凝土攪拌機(jī)的現(xiàn)狀及國內(nèi)市場(chǎng)分析 12 .1 1.3 本論文的主要工作 .2 1.3.1 混凝土攪拌站系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .2 1.3.2 混凝土攪拌站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .2 1.3.3 程序的調(diào)試 .3 2 混凝土攪拌站概述 .4 2.1 混凝土攪拌站的組成 .4 2.2 電控系統(tǒng)的構(gòu)成 .5 2.3 傳感器的選擇 .8 2.4 小結(jié) .9 3 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .9 3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟 .9 3.2 可編程控制器綜述及其選用 .10 3.2.1 可編程控制器的特點(diǎn) .11 3.2.2 PLC 的工作原理 .12 3.2.3 可編程控制器的選用及組態(tài)軟件選擇 .14 3.2.3.1 可編程控制器的選用 .14 3.2.3.2 組態(tài)軟件選擇 .16 3.3 混凝土攪拌站 PLC 程序設(shè)計(jì) .17 3.3.1 混凝土攪拌站 PLC 程序設(shè)計(jì)思想 .17 3.3.2 混凝土攪拌裝置的工藝流程 .18 3.3.3 系統(tǒng)初始化程序及主程序設(shè)計(jì) .18 3.3.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) .21 3.3.5 斷電保護(hù)程序設(shè)計(jì) .21 3.3.6 I/O 分配表和模擬量輸入地址 .22 3.3.7 位存儲(chǔ)區(qū)（M）的使用概況 .24 3.4 小結(jié) .25 IV 4 程序調(diào)試 .26 4.1 仿真調(diào)試的準(zhǔn)備工作 .26 4.2.1 系統(tǒng)初始化程序及主程序調(diào)試 .28 4.2.2 報(bào)警程序的調(diào)試 .29 4.2.3 模擬量處理 .30 4.3 小結(jié) .31 5 結(jié)論與展望 .32 致謝 .33 參考文獻(xiàn) .34 附錄 .35 附錄 1 主程序梯形圖 .35 附錄 2 報(bào)警子程序梯形圖 .44 1 1 引言 1.1 選題背景及意義 可編程序邏輯控制器（PLC）自它誕生以來至今，以其極高的性能價(jià)格比以及一系 列人所共識(shí)的優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的工程技術(shù)人員的重視。它現(xiàn)在被廣泛用于汽車生 產(chǎn)、石油生產(chǎn)、IT 制造、家電制造廠等工業(yè)控制系統(tǒng)場(chǎng)所，是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的重要 技術(shù)之一。它對(duì)工業(yè)的生產(chǎn)提供了良好的控制系統(tǒng)，它的廣泛使用才使得人民不斷增 長(zhǎng)的物質(zhì)需求得到有利保障。 1969 年美國 DEC 公司研制的第一臺(tái) PDP-14 型 PLC。隨后，在二十世紀(jì)七十至八十 年代一直簡(jiǎn)稱為 PC。由于到 90 年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來，也簡(jiǎn)稱為 PC；可編程序 范圍很大，所以美國 AB 公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 （Programmable Logic Controller） ，簡(jiǎn)稱為 PLC。PLC 在控制領(lǐng)域的應(yīng)用是保持了廣 泛的增長(zhǎng)趨勢(shì)。 隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，許多大型的基礎(chǔ)工程及建筑工程相繼開工。建設(shè)優(yōu) 質(zhì)的工程需要高品質(zhì)的混凝土，而且隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，為了減少城市噪音和 污染，交通和建筑竹理部門要求施工用的混凝土集中生產(chǎn)和管理。這樣，不僅要求 混凝土的配料精度高，而目要求生產(chǎn)速度快，因此，混凝土生產(chǎn)過程中攪拌設(shè)備自動(dòng) 控制系統(tǒng)日益受到人們的重視?？删幊炭刂破?PLC)具有可靠性高、功能完善、編程簡(jiǎn) 單且直觀，能夠有效地彌補(bǔ)繼電器控制系統(tǒng)的缺陷。 1.2 混凝土攪拌機(jī)的現(xiàn)狀及國內(nèi)市場(chǎng)分析 從 1903 年德國建造世界上第一座預(yù)拌混凝土攪拌站以來，商品混凝土作為獨(dú)立的 產(chǎn)業(yè)己有 100 多年的歷史。隨后，美國于 1913 年，法國于 1933 年建立了自己的攪拌 站。二次大戰(zhàn)后，尤其是 60 年代到 70 年代，由于各國抓緊發(fā)展經(jīng)濟(jì)，醫(yī)治戰(zhàn)爭(zhēng)的創(chuàng) 傷，混凝土攪拌站得到了快速發(fā)展。目前，德國、美國、意大利、日本等國家的攪拌 站在技術(shù)水平和可靠性方面處于領(lǐng)先地位。國外生產(chǎn)的攪拌站一般生產(chǎn)率在 50m3/ h300m 3/h，對(duì)于商品混凝土生產(chǎn)，攪拌站形式應(yīng)用比較普遍，尤其在大型工程中被 采用。我國混凝土攪拌站(樓)的研制是從 50 年代開始的，在其發(fā)展過程中，型式的選 取和主要技術(shù)參數(shù)基本上是根據(jù)用戶要求和參考國外產(chǎn)品的自由狀態(tài)。國標(biāo) GB10171- 88(混凝土攪拌站(樓)分類和 GB 10172-88(混凝土攪拌站(樓)技術(shù)條件的頒布實(shí) 2 施，將混凝土攪拌站(樓)的研制和生產(chǎn)納入了標(biāo)準(zhǔn)管理的軌道，為其發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)拌混凝土標(biāo)準(zhǔn)的要求中，對(duì)于混凝土攪拌站(樓)的技術(shù)指標(biāo)己達(dá)到 發(fā)達(dá)國家水平。當(dāng)今國內(nèi)生產(chǎn)的混凝土攪拌站質(zhì)量迅速提高，逐步取代了進(jìn)口攪拌站， 在國內(nèi)已經(jīng)占主導(dǎo)地位，其控制系統(tǒng)也得到快速發(fā)展。國內(nèi)大型混凝土攪拌站生產(chǎn)廠 商包括:三一重工、珠海志美、上海華建、南方路機(jī)等。自八十年代以來，我國混凝土 機(jī)械有兩次戰(zhàn)略性產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)行業(yè)的發(fā)展起到了舉足輕重的作用：一是八十年 代初期混凝土攪拌機(jī)的升級(jí)換代，由雙錐反轉(zhuǎn)型、立軸和臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)替 代鼓筒型攪拌機(jī)，現(xiàn)在這三大系列產(chǎn)品的技術(shù)性能己達(dá)到國外同類機(jī)型的先進(jìn)水平， 從質(zhì)量到數(shù)量上基本滿足了國內(nèi)需求;二是八十年代末到九十年代初“發(fā)展一站三車 (即混凝土攪拌樓(站)、混凝土攪拌輸送車、臂架式混凝土泵車和散裝水泥車)，把我 國商品混凝土機(jī)械搞上去”的戰(zhàn)略，推動(dòng)了混凝土機(jī)械行業(yè)的第二次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整， 反映了混凝土機(jī)械行業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)、全面發(fā)展的深層次要求。經(jīng)過科研院所和生產(chǎn)企 業(yè)的共同開發(fā)，適時(shí)引進(jìn)國外先進(jìn)的混凝土泵和混凝土攪拌輸送車技術(shù)，使我國在商 品混凝土機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造能力和水平都有了很大提高，一些產(chǎn)品已有批量生產(chǎn)，其 技術(shù)水平與當(dāng)今世界水平同步，減少了進(jìn)口，節(jié)約了外匯，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和 社會(huì)效益。在“十五”乃至 2010 年期間，我國要建設(shè)一大批大型煤礦、油田、電站、 機(jī)場(chǎng)、港口、高速鐵路、高等級(jí)公路等重點(diǎn)工程，同時(shí)也要進(jìn)行大量的城市道路、城 鎮(zhèn)住宅的開發(fā)與建設(shè)，這都需要大量的混凝土。所以現(xiàn)在正是大力發(fā)展混凝土機(jī)械的 大好時(shí)機(jī)，作為“一站三車”中的一站，混凝土攪拌樓(站)占有舉足輕重的地位。 1.3 本論文的主要工作 1.3.1 混凝土攪拌站系統(tǒng)簡(jiǎn)介 根據(jù)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路對(duì)混凝土攪拌站的組成、電控系統(tǒng)的構(gòu)成、稱重傳 感器等硬件進(jìn)行詳細(xì)的分析、選型和設(shè)計(jì)，以便對(duì)混凝土攪拌站的硬件系統(tǒng)有一個(gè)大 概的了解。 1.3.2 混凝土攪拌站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)混凝土攪拌站的工藝流程畫出程序流程圖、進(jìn)行 PLC 型號(hào)的選擇、I/O 端口 的分配及寫出梯形圖程序，實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌站控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)混凝土生產(chǎn)過程的可靠 控制。 3 1.3.3 程序的調(diào)試 通過仿真軟件對(duì)初始化程序、報(bào)警程序、斷電保護(hù)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，使得程 序更加符合設(shè)計(jì)的要求。 4 2 混凝土攪拌站 系統(tǒng)概述 2.1 混凝土攪拌站的組成 一個(gè)全套的攪拌裝置是由許多臺(tái)主機(jī)和一些輔助設(shè)備組成，它最基本的組成部分 有以下五個(gè):運(yùn)輸設(shè)備、料斗設(shè)備、稱量設(shè)備、攪拌設(shè)備和輔助設(shè)備，如圖 2-1： 石料箱沙料箱 沙料輸送機(jī) 石料輸送機(jī) 添加劑螺旋輸料機(jī) 水泥螺旋輸料機(jī) 水泵電機(jī) 沙料重量傳感器 石料重量傳感器 放料閘門 傳送帶 翻斗倒成品時(shí)下限位 上料時(shí)上限位 攪拌機(jī) 圖 2-1 混凝土攪拌站示意圖 1）運(yùn)輸設(shè)備 運(yùn)輸設(shè)備包括骨料運(yùn)輸設(shè)備、水泥輸送設(shè)備以及水泵等。骨料運(yùn)輸設(shè)備有皮帶機(jī)、 拉鏟、抓斗和裝載機(jī)等，其中皮帶機(jī)是攪拌裝置中最常用的骨料運(yùn)輸設(shè)備， 。水泥輸送 設(shè)備和添加劑輸送設(shè)備由斗式提升機(jī)和螺旋輸送機(jī)組成。 2）料斗設(shè)備 料斗設(shè)備由貯料斗、卸料設(shè)備(閘門、給料機(jī)等)和一些其它附屬裝置組成。料斗 5 設(shè)備在生產(chǎn)中起著中間倉庫的作用，用來平衡生產(chǎn)。在混凝土攪拌裝置中，用料斗設(shè) 備配合自動(dòng)秤進(jìn)行配料。所以，它是工藝設(shè)備的組成部分，并不是大宗物料的貯存場(chǎng) 所。 根據(jù)制作貯料斗所用的材料不同，貯料斗分為鋼貯斗、鋼筋混凝土貯斗、木貯斗 等;從外形上分，常用的有方形和圓形。圓形貯斗又叫筒倉。 給料機(jī)和閘門都是貯料斗的卸料設(shè)備。閘門控制貯料斗卸料口的開啟和關(guān)閉的， 大多是氣動(dòng)的，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，卸料能力大，但是只有當(dāng)物料是完全松散狀態(tài)時(shí)，才能 比較均勻地控制料流。而采用給料機(jī)卸料時(shí)，就比較容易控制均勻地卸料，給料機(jī)都 是電動(dòng)的。閘門的類型很多，但在混凝土攪拌裝置中最常用的是扇形閘門，它由壓縮 空氣缸來操縱，骨料(石子和砂)都是采用閘門給料。 3）稱量設(shè)備 稱量配料設(shè)備是混凝土生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)重要工藝設(shè)備，它控制著各種混合料的 配比。稱量配料的精度對(duì)混凝土的強(qiáng)度有著很大的影響。因此，精確、高效的稱量設(shè) 備不僅能提高生產(chǎn)率，而且是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)混凝土的可靠保證。一套完整的稱量設(shè)備 包括貯料斗、給料設(shè)備(閘門或給料機(jī))和稱量設(shè)備等。對(duì)稱量設(shè)備的要求，首先是準(zhǔn) 確，其次是快速。稱量的不精確將對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)又要滿足一 定的生產(chǎn)率。稱量設(shè)備從構(gòu)造上可分為杠桿秤和電子秤等，其中，杠桿秤已經(jīng)被淘汰。 為了適應(yīng)各種不同的物料，秤斗在構(gòu)造上略有不同。水泥秤斗是圓形的，骨料秤 斗是長(zhǎng)方形的，而水等液體的秤斗是圓形的，斗門設(shè)有橡皮墊，以保證密封。傳感器 的裝設(shè)，電子秤的秤斗采用三點(diǎn)懸掛，在每套懸掛裝置的中部各裝有一個(gè)傳感器。 4）攪拌設(shè)備 即一般的混凝土攪拌機(jī)，沒有提升裝置和供水裝置。其設(shè)計(jì)技術(shù)很成熟，在攪拌 站設(shè)計(jì)中，一般采用標(biāo)準(zhǔn)攪拌機(jī)。例如，目前國內(nèi)廠家基本都使用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌 機(jī)，此攪拌機(jī)攪拌能力強(qiáng)，攪拌均勻、迅速，生產(chǎn)率高，對(duì)于干硬性、塑性及各種配 比的混凝土，均能達(dá)到良好的攪拌效果。 2.2 電控系統(tǒng)的構(gòu)成 電控系統(tǒng)由 PLC、智能元件、傳感器、中間繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，如圖 2-2： 6 RS-232 打印機(jī) PC PLC 傳感器 智能元件 中間繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)混凝土 攪拌站 圖 2-2 電控系統(tǒng)構(gòu)成 1、 PLC 采用德國西門子 SIMATIC 系列產(chǎn)品。它具有兼容性好和可靠性高的特點(diǎn)， 為攪拌站的整個(gè)電控系統(tǒng)帶來了高質(zhì)高品的性能，也有利于用戶今后對(duì)攪拌站的更新 與擴(kuò)展，筆者設(shè)計(jì)的混凝土攪拌機(jī)的 PLC 外部接線圖如圖 2-3： 7 報(bào)警玲聲 攪拌機(jī)故障指示燈 石料輸送機(jī)故障指示燈 沙料輸送機(jī)故障指示燈 水泥螺旋輸送機(jī)故障指示燈 水泵故障指示燈 添加劑螺旋輸送機(jī)故障指示燈 翻斗機(jī)故障指示燈 石料箱放料完成 沙料箱放料完成 報(bào)警電路試燈、試鈴 消鈴按鈕 攪拌機(jī)故障 石料輸送機(jī)故障 沙料輸送機(jī)故障 水泥輸送機(jī)故障 水泵故障 添加劑輸送機(jī)故障 翻斗機(jī)故障 1L Q2.0 1M Q2.1 Q2.2 Q2.3 L+ Q2.4 Q2.5 Q2.6 M Q2.7 EM222 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 N 1M L1 I0.4 1L I0.5 Q0.1 I0.6 Q0.2 I0.7 Q0.3 I1.5 2L I1.6 Q0.4 I1.7 Q0.5 I2.0 Q0.6 I2.1 Q0.7 I2.2 Q1.0 I2.3 Q1.1 I2.4 Q1.2 I2.5 Q1.3 I2.6 Q1.4 I2.7 Q1.5 2M L+ M DC24V 啟動(dòng) 手動(dòng)開始 執(zhí)行完本次循環(huán)后停 緊急停止 攪拌機(jī)下限位 攪拌機(jī)上限位 石料箱閘門狀態(tài) 沙料箱閘門狀態(tài) 攪拌機(jī) 石料輸送機(jī) 沙料輸送機(jī) 水泥螺旋輸送機(jī) 水泵 添加劑螺旋輸送機(jī) 翻斗機(jī)下翻 翻斗機(jī)上翻 傳送帶 石料箱放料閘門線圈 沙料箱放料閘門線圈 配料都放入指示燈 一次循環(huán)結(jié)束指示燈 圖 2-3 PLC 外部接線圖 8 2、智能元件主要是指集顯示、變送和控制于一體的配料控制器。它有一個(gè) 05V 的模擬輸出接口板，其模擬部分精度適合于 0.2% , 0.1 %、0.05%包裝秤使用。 3、傳感器主要包括稱重傳感器和行程開關(guān)等。 4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括骨料放料電磁法閥、水泥放料電磁法閥、水泵閥門、添加劑放料 電磁閥、送料電機(jī)、攪拌電機(jī)等。 2.3 稱重傳感器的選擇 15 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)主要采集的是各種物料的重量信號(hào)，故本系統(tǒng)選用的是壓力 傳感器。壓力傳感器是稱重系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測(cè)物重 量信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)輸出，給稱重儀表顯示重量值，供控制或報(bào)警等使用。 影響稱重傳感器選型的因素： 稱重傳感器選型應(yīng)考慮過負(fù)荷因素 可靠性 傳感器的防護(hù)等級(jí) 攪拌站的規(guī)模和工作類型 稱重傳感器的準(zhǔn)確度 稱重傳感器的選型應(yīng)充分考慮以上一些因素外，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積 小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修、易于更換等條件。 工程機(jī)械攪拌設(shè)備用稱重傳感器的選型既要考慮混凝土攪拌樓站稱重系統(tǒng)的基本 要求，又要兼顧稱重傳感器的運(yùn)行環(huán)境，還要削弱那些對(duì)稱重傳感器有重要影響的 因素，合理地選擇使用傳感器。根據(jù)不同類型和規(guī)模的攪拌設(shè)備選用相應(yīng)的傳感器 7。 混凝土攪拌站要求的傳感器額定載荷從 1kg4000kg 不等，骨料傳感器的稱量范 圍最大，一般為 50kg4500kg;外加劑傳感器的額定載荷最小，一般不超過 50kg。綜 合分析了傳感器的量程和范圍、線性度、靈敏度和分辨率后，并且根據(jù)攪拌站中稱重 傳感器的運(yùn)行環(huán)境，選用的是 HL-F(1)型方懸臂梁高精度壓力傳感器，如圖 2-4： 9 圖 2-4 HL-F(1)型方懸臂梁壓力傳感器 F 型傳感器具有 0.05%F.S 的精度等級(jí)、2mv/v 的靈敏度、0.05%F.S 的非線性、士 0.05%F.S/30min 的蠕變和蠕變恢復(fù)、0.05%F. S 的滯后和重復(fù)性、0.02%F. S/100的 零點(diǎn)輸出溫度影響和額定輸出溫度影響、15V (DC)的最大工作電壓，其額定載荷則為 120T。F 型傳感器采用剪切結(jié)構(gòu)，抗偏載、抗側(cè)向能力強(qiáng)，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、綜合精 度高、防塵、防潮、防水性能好的特點(diǎn)。特別適合于惡劣環(huán)境，如建筑、水利、化工、 電力、港口等行業(yè)的工程機(jī)械，如攪拌站、打樁機(jī)、配料秤、料斗秤等。 2.4 小結(jié) 本章對(duì)混凝土攪拌站的組成、電控系統(tǒng)的構(gòu)成以及傳感器的選型作了簡(jiǎn)要的論述，使 讀者對(duì)混凝土攪拌站的硬件系統(tǒng)有了一個(gè)大概的了解。 10 3 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求， 以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。再設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前，要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資 料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合共同擬定電氣方案，協(xié)同解 決實(shí)際中出現(xiàn)的各種問題。 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維護(hù)方便。監(jiān)控界 面友好，簡(jiǎn)潔明快。 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 容量及 MCGS 監(jiān)控點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該留有余 量。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟如圖 3-1 所示： N N Y Y 確定控制對(duì)象和控 制任務(wù) PLC 及組態(tài)軟件的選擇 I/O 及監(jiān)控地址分配 軟件設(shè)計(jì)及模擬調(diào)試 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件組裝 通電實(shí)驗(yàn) 正確？ 符合控制要求？ 聯(lián)機(jī)調(diào)試 編制技術(shù)文章 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試 交付使用 修改軟件或硬件 圖 3-1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 11 3.2PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，其掃描過程如圖 3-2 所示。 STOP RUN 內(nèi)部處理 通信操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 CPU 運(yùn)行方式 更新時(shí)鐘和特殊寄存器 電源 ON CPU 正常否 ? 執(zhí)行自診斷 1 1 2 存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果 致命錯(cuò)誤? CPU 強(qiáng)制為 STOP 2 圖 3-2 PLC 循環(huán)掃描工作方式 這個(gè)工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾 個(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段，PLC 檢查 CPU 模塊 的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。在通信操作服務(wù)階段，PLC 與一些智能模塊通信、 響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng) PLC 處于停(STOP)狀態(tài)時(shí)，只 進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)操作等內(nèi)容。在 PLC 處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通 信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作 11。 輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀 入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新接著進(jìn)入程序 執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其 12 映像寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入 信息。 程序執(zhí)行 根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程 序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶 程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC 從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端 子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對(duì)應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯 運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中，對(duì)每個(gè)器件而言，器件映像寄存器中所寄 存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。 程序處理 程序執(zhí)行完以后，將輸出映像寄存器，即器件映像寄存器中的 Y 寄存器的狀態(tài)， 在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子 向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC 的掃描既可按固定的順序進(jìn)行，也可按用戶程序所指定的可變順序進(jìn)行。這不 僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮尉蛨?zhí)行一次，而目也因?yàn)樵谝恍┐笙到y(tǒng)中需要處理 的 I/O 點(diǎn)數(shù)多，通過安排不同的組織模塊，采用分時(shí)分批掃描的執(zhí)行方法，可縮短循 環(huán)掃描的周期和提高控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。 循環(huán)掃描的工作方式是 PLC 的一大特點(diǎn)，也可以說 PLC 是“串行”工作的，這和 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。PLC 的串行工作方式避免了繼電器控 制系統(tǒng)中觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問題。 由于 PLC 是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像 寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。暫存在輸出映 像寄存器中的輸出信號(hào)，等到一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束，CPU 集中將這些輸出信號(hào)全部輸送給 輸出鎖存器。由此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個(gè)掃描周期。換言之， 輸入輸出的狀態(tài)保持一個(gè)掃描周期。 掃描周期是 PLC 一個(gè)很重要的指標(biāo)，小型 PLC 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十 毫秒。PLC 的掃描時(shí)間取決于掃描速度和用戶程序長(zhǎng)短。毫秒級(jí)的掃描時(shí)間對(duì)于一般工 業(yè)設(shè)備通常是可以接受的，PLC 的響應(yīng)滯后是允許的。但是對(duì)某些 I/O 快速響應(yīng)的設(shè)備， 則應(yīng)采取相應(yīng)的措施。如選用高速 CPU，提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù) 模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時(shí)間。影響 I/O 滯后的主要原因有:輸入濾波 器的慣性;輸出繼電器接點(diǎn)的慣性;程序執(zhí)行的時(shí)間;程序設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)母郊佑绊懙取?13 3.3 可編程控制器的選用及組態(tài)軟件選擇 3. 3.1 可編程控制器的選用 進(jìn)行 PLC 選型時(shí)，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮: 1)I/O 點(diǎn)數(shù)問題 當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 60 點(diǎn)之內(nèi)，I/O 點(diǎn)數(shù)比為 3:2 時(shí)選用整體式(小型)PLC 較為 經(jīng)濟(jì);當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 100-300 點(diǎn)左右，選用中小型模塊式的較為合理;當(dāng)控制對(duì) 象 I/O 點(diǎn)在 500 點(diǎn)以上時(shí)就必須選用大型 PLC。 2)I/O 類型問題 I/O 類型也是決定 PLC 選型的重要因素之一，一般而言，多數(shù)小型 PLC 只具有開關(guān) 量 I/O ; PID, A/D, D/A、位控功能一般只有大、中型 PLC 才有。 3)聯(lián)網(wǎng)通信問題 聯(lián)網(wǎng)通訊是影響 PLC 選型的重要因素之一，多數(shù)小型機(jī)提供較簡(jiǎn)單的 RS-232 通訊 口，少數(shù)小型 PLC 沒有通訊功能。而大型 PLC 一般都有各種標(biāo)準(zhǔn)的通信模塊可供選擇。 4)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間問題 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間也是影響 PLC 選型的重要因素之一。一般而言，小型 PLC 掃描時(shí)間 為 10-20ms/kb;中型 PLC 掃描時(shí)間在 10ms/kb 以下;大型 PLC 掃描時(shí)間在 1 ms/kb 以下， 而系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間約為 2 倍的掃描周期。 5)可靠性問題 應(yīng)從系統(tǒng)的可靠性角度，決定 PLC 的類型和組網(wǎng)形式，比如對(duì)可靠性要求極高的 系統(tǒng)，可考慮選用雙 CPU 型 PLC 或冗余控制系統(tǒng)/熱備用系統(tǒng)。 6)程序存貯器問題 在 PLC 選型過程中，PLC 內(nèi)存容量、型式也是必須考慮的重要因素。通常的計(jì)算方 法是:I/O 點(diǎn)數(shù)8(開關(guān)量)+100模擬量通道數(shù)(模擬量)+120(1+采樣點(diǎn)數(shù)0.25 ) (多路采樣控制)。進(jìn)行 PLC 選型時(shí)，不要盲目地追求過高的性能指標(biāo)。另外，I/O 點(diǎn)數(shù)， 存貯容量應(yīng)留有一定的余量以便實(shí)際工作中的調(diào)整。 確定 PLC 的型號(hào)以后，就必須對(duì)各種模塊進(jìn)行選型，開關(guān)量模塊的選型主要涉及 到如下幾個(gè)問題: 外部接線方式問題。I/O 模塊一般分為獨(dú)立式、分組式和匯點(diǎn)式。通常，獨(dú)立式 的點(diǎn)均價(jià)格較高，如果實(shí)際系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號(hào)之間不需隔離可考慮選擇后兩種。 14 點(diǎn)數(shù)問題。前面所說，點(diǎn)數(shù)是影響 PLC 選型的重要因素，同樣在進(jìn)行 I/O 模塊 的選型時(shí)也必須根據(jù)具體點(diǎn)數(shù)的多少選擇恰當(dāng)?shù)?I/O 模塊。一般而言，點(diǎn)數(shù)多的點(diǎn)均 價(jià)就低。 開關(guān)量輸入模塊。通常的開關(guān)量輸入模塊類型有有源輸入、無源輸入、光電接 近傳感器等輸入。進(jìn)行開關(guān)量輸入模塊的選型時(shí)必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中的要求綜合 考慮。 開關(guān)量輸出模塊。通常的開關(guān)量輸出模塊類型有繼電器輸出、可控硅輸出和晶 體管輸出。在開關(guān)量輸出模塊的選型過程中，必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行要求及要求輸出 的電壓等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的選型。 本系統(tǒng)中的稱重系統(tǒng)主要為電子秤，它們所提供的模擬量和其它一些安全監(jiān)測(cè)傳 感器所提供的開關(guān)量，作為 PLC 準(zhǔn)確控制的依據(jù)。 模擬輸入量包括砂料、石料等重量。 開關(guān)輸入量有: 系統(tǒng)開關(guān)按鈕；攪拌機(jī)（翻斗門）的上限位、下限位；沙料箱、石料箱閘門開關(guān); 各種機(jī)器故障；報(bào)警銷鈴；手動(dòng)回零等。 PLC 的開關(guān)量輸出有: 攪拌機(jī)、石料輸送機(jī)、沙料輸送機(jī)、水泥螺旋輸送機(jī)、水泵、 添加劑螺旋輸送機(jī)、翻斗機(jī)、傳送帶等。這些信號(hào)經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本系統(tǒng)需要配置的 I/O 點(diǎn)如下: 2 個(gè)模擬量輸入; 19 個(gè)開關(guān)量輸入; 22 個(gè)開關(guān)量輸出。 根據(jù)對(duì)上述控制任務(wù)的分析，本項(xiàng)目選擇了 Siemens 的模塊化中小型 PLC 系統(tǒng) S7- 200，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、 和易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 S7-200 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求 控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。S7-200 系列所具有的多種性能遞增的 CPU 和豐富的且 帶有許多方便功能的 I/O 擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。 當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加的模塊對(duì) PLC 進(jìn)行擴(kuò)展。SIMATIC S7-200 所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適 應(yīng)性。 此外，S7-200 系列 PLC 還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越， 裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。 15 3. 3.2 組態(tài)軟件選擇 所謂工控組態(tài)軟件是利用系統(tǒng)軟件提供的工具，通過簡(jiǎn)單形象的組態(tài)工作，構(gòu)成 系統(tǒng)所需的軟件。組態(tài)軟件正在代替各種計(jì)算機(jī)語言的軟件開發(fā)，易學(xué)易用，深受工 程開發(fā)人員的青睞。 近年來國內(nèi)外的軟件開發(fā)商和 DCS 生產(chǎn)廠商開發(fā)的組態(tài)軟件品種繁多，如 Intellution 公司的 Fix DMACS，西門子公司的 WinCC，研華公司的 Genie 等等。組態(tài) 軟件大都由專業(yè)軟件公司開發(fā)，提高了系統(tǒng)的成功率和可靠性，減輕了工程開發(fā)人員 的工作量。 組態(tài)軟件通常有以下幾方面的功能 14: (1)強(qiáng)大的畫面顯示組態(tài)功能。目前，工控組態(tài)軟件大都運(yùn)行于 windows 環(huán)境下， 充分利用 windows 的圖形功能完備，界面美觀的特點(diǎn)，提供給用戶豐富的作圖工具， 可隨心所欲的繪制出各種工業(yè)畫面，并可任意編輯，從而將開發(fā)人員從繁重的畫面設(shè) 計(jì)中解放出來，豐富的動(dòng)畫連接方式，如隱含、閃爍、移動(dòng)等等，使畫面生動(dòng)、直觀。 （2）良好的開放性。社會(huì)化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一 家公司的產(chǎn)品， “異構(gòu)”是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一。 開放性是指組態(tài)軟件能與多種通訊協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開放性是商量 一個(gè)組態(tài)軟件好壞的重要指標(biāo)。組態(tài)軟件向下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通訊，向上 能與管理層通訊，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的雙向通訊。 (3)豐富的功能模塊。提供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測(cè)控要求和現(xiàn)場(chǎng)要求。 利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、產(chǎn)生報(bào)表、顯示歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、提供報(bào)警 等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作。 系統(tǒng)既可適用于單機(jī)集中式控制，分布式控制，也可以是帶遠(yuǎn)程通信能力的遠(yuǎn)程 測(cè)控系統(tǒng)。 (4)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫。配有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，可存儲(chǔ)備種數(shù)據(jù)，如模擬型，離散型，字符 型等，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。 (5)可編程的命令語言。有可編程的命令語言，使用戶可根據(jù)自己的需要編寫程序， 增強(qiáng)圖形界面。 (6)周密的系統(tǒng)安全防范。對(duì)不同的操作者，賦予不同的操作權(quán)限，保證整個(gè)系統(tǒng) 的安全可靠運(yùn)行。 (7)仿真功能。提供強(qiáng)大的仿真功能，使系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)，從而縮短開發(fā)周期。本文 16 上位機(jī)組態(tài)軟件采用北京亞控自動(dòng)化軟件科技有限公司開發(fā)的“組態(tài)王 6.5 ,“組態(tài) 王 6.5”以 Microsoft Windows95 / Windows98/Windows NT 中文操作系統(tǒng)作為其操作 乎臺(tái)，充分利用了 Windows 圖形功能完備，界面一致性好，易學(xué)易用的特點(diǎn)。它使采 用 PC 機(jī)比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā) 者的重復(fù)性工作，并可運(yùn)用 PC 機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開發(fā)。 “組態(tài)王 6.5”軟件包由工程管理器 TOUCHMAK 和畫面運(yùn)行系統(tǒng) TOUCHVEW 兩部分組 成。 工程管理器是“組態(tài)王 6.5”軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng)，它將畫面制作系統(tǒng) 中已設(shè)計(jì)的圖形畫面，命令語言，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序管理，配方管理，數(shù)據(jù)報(bào)告等工程資 源進(jìn)行集中管理，它內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)。畫面開發(fā)系統(tǒng)是應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境， 程序員在這個(gè)環(huán)境中完成界面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接的定義等。畫面開發(fā)系統(tǒng)具有先進(jìn)完 善的圖形生成功能:數(shù)據(jù)庫中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理地抽象控制對(duì)象的特性，對(duì)數(shù)據(jù) 的報(bào)警、趨勢(shì)曲線、過程記錄、安全防范等重要功能有簡(jiǎn)單的操作辦法。利用組態(tài)王 豐富的圖庫，用戶可以大大減少設(shè)計(jì)界面的時(shí)間，從整體上提高工控軟件的質(zhì)量。 TOUCHVEW 是“組態(tài)王 6.5”軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立 的動(dòng)畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫與 I/O 服務(wù)程序(數(shù)據(jù)采集組件)的數(shù)據(jù)交換。它通過 實(shí)時(shí)效據(jù)庫管理從一組工業(yè)控制對(duì)象采集到各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的方式 形象地表示出來，同時(shí)完成報(bào)警、歷史記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù) 據(jù)文件。工程管理器和 TOUCHVEW 是各自獨(dú)立的 Windows 應(yīng)用程序，均可單獨(dú)使用;兩 者又相互依存，在工程管理器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在 TOUCHVEW 運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行。 3.4 混凝土攪拌站 PLC 程序設(shè)計(jì) 3.4.1 混凝土攪拌站 PLC 程序設(shè)計(jì)思想 為了使 PLC 完成混凝土攪拌站整個(gè)生產(chǎn)過程的現(xiàn)場(chǎng)控制功能，PLC 需要采集各秤的 重量信號(hào)及其它傳感器和行程開關(guān)提供的開關(guān)量信號(hào)，并對(duì)此進(jìn)行處理后，輸出對(duì)電 磁閥、電動(dòng)機(jī)等各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，其具體細(xì)節(jié)如下: 1)石料斗秤、沙料斗秤等由稱重傳感器感應(yīng)的信號(hào)分別經(jīng)稱重變送器進(jìn)入 PLC。由 于變送器輸出的是并行 BCD 碼，所以需經(jīng)過程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，存儲(chǔ)在 PLC 的數(shù)據(jù) 寄存器中。然后經(jīng)過 PLC 程序處理. 2)各秤斗稱量時(shí)，達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止給料。 17 3)由于秤斗上粘附的原料使稱重產(chǎn)生偏差，所以需要進(jìn)行去皮處理。去皮時(shí)，PLC 記下此時(shí)的重量，此重量即為基準(zhǔn)零點(diǎn)。在稱量時(shí)用總重量減去基準(zhǔn)零點(diǎn)值，得到的 就是原料的準(zhǔn)確重量。 4)考慮到有可能因突然停電造成配料停止，為了不使已經(jīng)配好的原料浪費(fèi)，己經(jīng) 配好的原料的重量需要具有停電保護(hù)功能，所以在程序中，把這些重量信號(hào)存在可斷 電保持的數(shù)據(jù)寄存器中 1213。 5)由于攪拌站運(yùn)行過程中,各送料機(jī)及攪拌機(jī)等難免不出故障,因此,應(yīng)設(shè)計(jì)故障報(bào) 警程序. 3.4.2 混凝土攪拌裝置的工藝流程 攪拌站進(jìn)行混凝土生產(chǎn)時(shí)，首先將骨料分別裝入各自料倉，然后打開石料和砂料 的給料閥門分別將骨料投入到秤斗進(jìn)行稱量，秤斗中的骨料不斷增加直到電子秤指示 到所要求的重量才控制下料閥門停止投料，然后啟動(dòng)平皮帶和斜皮帶將骨料卸入集料 斗。在骨料配料的同時(shí),攪拌機(jī)也開始攪拌,因?yàn)橥瑫r(shí)在利用定時(shí)器進(jìn)行水泥、所需水 及外加劑的計(jì)量。在混凝土所需的各種材料計(jì)量完畢后，控制集料斗和各秤斗開門， 以把各種材料裝入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。在攪拌機(jī)運(yùn)行了規(guī)定的時(shí)間后，打開攪拌機(jī)的門 進(jìn)行卸料(攪拌站的門先半開，再全開)，完成混凝土生產(chǎn)的一個(gè)循環(huán)。 在石料、砂料的稱重計(jì)量時(shí)，系統(tǒng)用分別控制兩個(gè)門進(jìn)行快速粗略和慢速精確的 計(jì)量，以減少稱量時(shí)間和稱量精度。同理，對(duì)水的計(jì)量亦采用水粗稱閥和水精稱閥進(jìn) 行控制，而水泥、粉煤灰和防凍劑等添加劑則由計(jì)量螺旋機(jī)從各自料倉送入各自秤斗 進(jìn)行計(jì)量。 由于整臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)的連續(xù)性較強(qiáng)，控制系統(tǒng)中，每一個(gè)動(dòng)作的前后時(shí)序性都有嚴(yán) 格的要求，且到達(dá)某個(gè)狀態(tài)時(shí)，必須保證與這一狀態(tài)有關(guān)的動(dòng)作全部完成，才可以進(jìn) 入下一個(gè)狀態(tài)，因此必須通過設(shè)備上安裝的限位開關(guān)和傳感器對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn) 行監(jiān)控。 3.4.3 系統(tǒng)初始化程序及主程序設(shè)計(jì) 根據(jù)工作流程的要求，PLC 控制程序執(zhí)行輸出動(dòng)作時(shí)，計(jì)算機(jī)必須己經(jīng)處于數(shù)據(jù)的 采集與處理狀態(tài)，因此，需要設(shè)定內(nèi)部輔助繼電器標(biāo)志。只有當(dāng)計(jì)算機(jī)復(fù)位該標(biāo)志時(shí)， PLC 才能確認(rèn)計(jì)算機(jī)已處于所要求的狀態(tài)，否則必須關(guān)斷所有輸出負(fù)載，進(jìn)入等待。 同理，結(jié)束時(shí)，判斷停止條件:所有門、所有閥均己關(guān)閉;集料斗和秤斗均為空； 18 本批攪拌結(jié)束且 PLC 無輸出動(dòng)作等，系統(tǒng)初始化程序及主程序流程圖見圖 3-3： 19 Y Y 2 Y N Y N Y NNN Y N N Y Y Y NN N 啟動(dòng) 循環(huán)開始指示燈亮？ 添 加 劑 螺 旋 輸 料 機(jī) 開 水 泥 螺 旋 輸 料 機(jī) 開 水 泵 電 機(jī) 開 沙 料 輸 送 機(jī) 開 攪 拌 機(jī) 開 開始計(jì)時(shí) 5 分鐘 石 料 輸 送 機(jī) 開 沙料稱量完 畢？ 閘門打開，傳 送帶啟動(dòng) 1 沙料箱放料 畢？ 石料稱量完 畢？ N Y 石料箱放料 畢？ 閘門關(guān)閉 閘門關(guān)閉 傳送帶上沒有物 料？ 傳送帶關(guān)閉 開始計(jì)時(shí) 3 分鐘 開始計(jì)時(shí) 0.5 分鐘 0.5 分鐘 到？ 3 分鐘到？ 5 分鐘到？ Y Y 開始記錄攪拌時(shí)間 5 分鐘，配料完畢指示燈 亮，10 秒后自動(dòng)滅 所有配料都放入攪拌 機(jī)？ 1 攪拌時(shí)間到？ 攪拌機(jī)停止，翻斗機(jī) 下翻卸混凝土 4 手動(dòng)開始 N攪拌機(jī)在上限位且石料箱和沙料箱放料閘門關(guān)？ 閘門打開，傳送 帶啟動(dòng) 5 20 Y N Y N Y N 2 翻斗機(jī)停止，開始計(jì)時(shí) 2 分鐘 2 分鐘時(shí)間 到？ 攪拌機(jī)上升 下翻到下 限位？ 上升到上 限位？ 3 一次循環(huán)結(jié)束指示燈亮，10 秒后自動(dòng)滅 3 4 圖 3-3 主程序流程圖 3.4.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 由于條件有限，報(bào)警電路的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，利用 I2.1I2.7 作為各電動(dòng)機(jī)故障信號(hào)。程序運(yùn) 行流程圖如圖 3-4 所示: 故障產(chǎn)生 故障指示燈亮，報(bào) 警電鈴響 按消鈴按鈕關(guān)閉電鈴， 報(bào)警指示燈變?yōu)槌Ａ?消除故障 報(bào)警燈熄滅 按下試燈、試 鈴按鈕 圖 3-4 報(bào)警程序運(yùn)行流程圖 3.4.5 斷電保護(hù)程序設(shè)計(jì) 由于整個(gè)設(shè)備的工作流程是連續(xù)循環(huán)進(jìn)行的，因此斷電之后再起動(dòng)必須仍然恢復(fù) 斷電前的狀態(tài)。程序設(shè)計(jì)選擇具有斷電保護(hù)的內(nèi)部輔助保持繼電器和數(shù)據(jù)，將氣缸、 電磁閥或電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行保存，實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)，如圖 3-5： 21 Y 系統(tǒng)初始化 原始配方及控制參數(shù)初始化 是否執(zhí)行斷電恢復(fù)？ 調(diào)入斷電時(shí)的狀態(tài) 接上次斷電時(shí)狀態(tài)運(yùn)行 N 一次 循 環(huán) 結(jié) 束 5 4 圖 3-5 斷電保護(hù)程序流程圖 3.4.6 I/O 分配表和模擬量輸入地址 表 3-1 數(shù)字量輸入/輸出地址表 I/O 分配表 輸 入 輸 出 I0.0 啟動(dòng) Q0.0 循環(huán)開始信號(hào)燈 I0.1 手動(dòng)開始 Q0.1 攪拌機(jī) I0.2 執(zhí)行完本次循環(huán)后停止 Q0.2 石料輸送機(jī) I0.3 緊急停止 Q0.3 沙料輸送機(jī) I0.4 攪拌機(jī)下限位 Q0.4 水泥螺旋輸送機(jī) I0.5 攪拌機(jī)上限位 Q0.5 水泵 I0.6 石料箱閘門狀態(tài) Q0.6 添加劑螺旋輸送機(jī) I0.7 沙料箱閘門狀態(tài) Q0.7 翻斗機(jī)下翻 I1.0 Q1.0 翻斗機(jī)上翻 I1.1 Q1.1 傳送帶 I1.2 Q1.2 石料箱放料閘門線圈 22 I1.5 石料箱放料完成 Q1.3 沙料箱放料閘門線圈 I1.6 沙料箱放料完成 Q1.4 所有配料都放入攪拌機(jī)指示燈 I1.7 報(bào)警電路試燈、試鈴 Q1.5 一次循環(huán)結(jié)束指示燈 I2.0 消鈴按鈕 Q2.0 報(bào)警玲聲 I2.1 攪拌機(jī)故障 Q2.1 攪拌機(jī)故障指示燈 I2.2 石料輸送機(jī)故障 Q2.2 石料輸送機(jī)故障指示燈 I2.3 沙料輸送機(jī)故障 Q2.3 沙料輸送機(jī)故障指示燈 I2.4 水泥螺旋輸送機(jī)故障 Q2.4 水泥螺旋輸送機(jī)故障指示燈 I2.5 水泵故障 Q2.5 水泵故障指示燈 I2.6 添加劑螺旋輸送機(jī)故障 Q2.6 添加劑螺旋輸送機(jī)故障指示燈 I2.7 翻斗機(jī)故障 Q2.7 翻斗機(jī)故障指示燈 表 3-2 模擬量輸入地址 AIW2 AIW4 石料重量（石料重量傳感器輸入） 沙料重量（沙料重量傳感器輸入） 根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)及其特性，配置如表 3-3 所示： 表 3-3 CPU 及模塊配置表 模塊名稱 設(shè)備數(shù)量 輸入輸出點(diǎn)數(shù) CPU CPU2261 24I/16O EM2221 8 點(diǎn) DC24V 輸出 8 O 擴(kuò)展模塊 EM2311 4 路模擬量輸入 4AIW 統(tǒng)計(jì) CPU 模塊 1 塊擴(kuò)展模塊 2 塊 數(shù)字量輸入 24 路(冗余 5 路) 數(shù)字量輸出 24 路(冗余 2 路) 模擬量輸入 4 路（冗余 2 路） 該配置滿足系統(tǒng)需要配置的 I/O 點(diǎn)。 根據(jù) I/O 分配表設(shè)計(jì)的控制面板簡(jiǎn)圖如圖 3-6 所示： 23 傳送帶指示燈翻斗機(jī)上翻指示燈翻斗機(jī)下翻指示燈添加劑螺旋輸送機(jī)指示燈水泵指示燈水泥螺旋輸送機(jī)指示燈沙料輸送機(jī)指示燈石料輸送機(jī)指示燈攪拌機(jī)指示燈所有配料都放入攪拌機(jī)指示一次循環(huán)結(jié)束指示燈循環(huán)開始指示燈 翻斗機(jī)故障指示燈添加劑螺旋輸送機(jī)故障指示燈水泵故障指示燈水泥螺旋輸送機(jī)故障指示燈沙料輸送機(jī)故障指示燈石料輸送機(jī)故障指示燈攪拌機(jī)故障指示燈報(bào)警玲聲 消鈴按鈕報(bào)警電路試燈、試玲緊急停止執(zhí)行完本次循環(huán)后停止手動(dòng)開始啟動(dòng) 圖 3-6 控制面板簡(jiǎn)圖 該控制面板的上一排為各輸出顯示,下邊一排為各輸入按鈕. 3.4.7 位存儲(chǔ)區(qū)（M）的使用概況 表 3-4 位存儲(chǔ)區(qū)（M）的使用概況 位存儲(chǔ)區(qū) 控制信號(hào) 位存儲(chǔ) 區(qū) 控制信號(hào) M0.1 石料箱放料完信號(hào) M1.0 添加劑輸送完畢信號(hào) M0.2 沙料箱放料完信號(hào) M1.1 所有物料配制完畢信號(hào) M0.3 關(guān)閉傳送帶信號(hào) M1.3 完成一次循環(huán)指示燈信號(hào) 報(bào)警玲聲 攪拌機(jī)故障指示燈 石料輸送機(jī)故障指示燈 沙料輸送機(jī)故障指示燈 水泥螺旋輸送機(jī)故障指示燈 水泵故障指示燈 添加劑螺旋輸送機(jī)故障指示燈 翻斗機(jī)故障指示燈 24 M0.4 沙料和石料都放入攪拌機(jī)信號(hào) M3.0 閃爍信號(hào) M0.5 水泥輸送完畢信號(hào) M3.1 攪拌機(jī)故障消鈴信號(hào) M0.6 水泵停止送水信號(hào) M3.2 石料輸送機(jī)故障消鈴信號(hào) M3.3 沙料輸送機(jī)故障消鈴信號(hào) M3.4 水泥螺旋輸送機(jī)故障消鈴信號(hào) M3.5 水泵故障消鈴信號(hào) M3.6 添加劑螺旋輸送機(jī)故障消鈴信號(hào) M3.7 翻斗機(jī)故障消鈴信號(hào) 以上表格中列出了程序編寫過程中使用到的主要位存儲(chǔ)區(qū)及其控制的信號(hào)。 3.5 小結(jié) 本章對(duì)作為控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的 PLC 的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了介紹，并 對(duì) PLC 進(jìn)行選型;結(jié)合攪拌站的控制流程，設(shè)計(jì)了 PLC 程序流程圖和梯形圖程序等，并 以組態(tài)王 6.5 軟件為平臺(tái)，進(jìn)行工控機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。 25 4 程序調(diào)試 由于條件限制，本人無法購買 PLC，而實(shí)驗(yàn)室的 S7-200 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)又不能滿 足要求，使得運(yùn)行 STEP7-Micro/WIN 的計(jì)算機(jī)與 PLC 之間無法建立起通信。只能使用 仿真軟件來進(jìn)行仿真調(diào)試。 4.1 仿真調(diào)試的準(zhǔn)備工作 第一步：程序編輯好之后，要進(jìn)行編譯。在 STEP7-Micro/WIN3.2 編程軟件（因?yàn)?我所下載的仿真軟件只支持 3.2 版本的）中選擇菜單“PLC（P） ”，并選擇其下拉菜單 “全部編譯”即可，如圖 4-1： 圖1 程序的編譯 第二步：執(zhí)行菜單命令“文件”“導(dǎo)出” ，在彈出的對(duì)話框中輸入導(dǎo)出的 ASCLL 文本文件的文件名，默認(rèn)的文件擴(kuò)展名為“awl” ，如圖 4-2： 圖 42 程序的導(dǎo)出 26 第三步：仿真軟件的設(shè)置。打開仿真軟件后，執(zhí)行菜單命令“配置”“CPU 型號(hào)” ，在“CPU 型號(hào)”對(duì)話框的下拉列表中選擇 CPU 的型號(hào)為 CPU226（與編程軟件選 擇的 CPU 一致） ，使用 CPU 的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)地址(2)，見圖 4-3。CPU 模塊右邊空的方框是擴(kuò) 展模塊的位置，雙擊緊靠已配置的模塊右側(cè)的方框，在出現(xiàn)的“配置擴(kuò)展模塊”對(duì)話 框中選擇需要添加的模塊，此處我選擇兩個(gè)擴(kuò)展模塊：數(shù)字量擴(kuò)展模塊 EM222 和模擬 量擴(kuò)展模塊 EM231。 圖 4-3 CPU 設(shè)置 第四步：下載程序。點(diǎn)擊仿真軟件工具條中左邊第 2 個(gè)按鈕，一般選擇下載全部 塊，按確定按鈕后，在“打開”對(duì)話框中選擇要下載的“*.awl”文件。下載成功后， CPU 模塊中間會(huì)顯示下載的程序的名稱，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)下載的程序代碼文本框，可關(guān)閉該 文本框。 第五步：模擬調(diào)試程序。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊 CPU 模塊下面的開關(guān)板上的灰色小開關(guān)，可 使小開關(guān)的手柄向上，觸點(diǎn)閉合，PLC 對(duì)應(yīng) 的 LED（發(fā)光二極管）變?yōu)榫G色。 ，再點(diǎn)擊 一次可使其手柄向下，觸點(diǎn)斷開。帶輸入的數(shù)字量擴(kuò)展模塊下面也有小開關(guān)。與用 “真正”的 PLC 做實(shí)驗(yàn)相同，對(duì)于數(shù)字量控制，在 RUN 模式下用開關(guān)切換各小開關(guān)的 通斷狀態(tài)，改變 PLC 的輸入變量的狀態(tài)，通過 LED 觀察 PLC 輸出點(diǎn)的狀態(tài)變化，可以 了解程序執(zhí)行的結(jié)果是否正確。另外還通過仿真軟件中命令“查看” “內(nèi)存監(jiān)視” 來了解程序的執(zhí)行情況如圖 4-4，圖中“2#1”表示二進(jìn)制值 1。使用內(nèi)存監(jiān)視的方法 適用于位存儲(chǔ)器(M)特殊位存儲(chǔ)器(SM)定時(shí)器計(jì)數(shù)器等。 27 圖 4-4 仿真軟件中的內(nèi)存監(jiān)視 4.2 仿真調(diào)試 4.2.1 系統(tǒng)初始化程序及主程序調(diào)試 第一步：測(cè)試程序的起停是否符合要求。在仿真軟件中下載程序后，點(diǎn)擊工具欄 的綠色三角形按鈕，可切換到運(yùn)行模式。在運(yùn)行模式下，點(diǎn)擊 I0.0(啟動(dòng)按鈕)，則 Q0.0（循環(huán)開始指示燈）的 LED 亮；點(diǎn)擊 I0.1（手動(dòng)開始） ，各電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)燈 (Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6)沒有亮，這是因?yàn)椴痪邆溟_始條件：攪拌機(jī)在上限 位且石料箱和沙料箱放料閘門關(guān)，點(diǎn)擊 I0.5（攪拌機(jī)上限位）I0.6（石料箱閘門） I0.7（沙料箱放料閘門） ，使其閉合，則各電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)燈亮。程序繼續(xù)運(yùn)行，點(diǎn)擊 I0.2（運(yùn)行完本次循環(huán)后停止） ，程序繼續(xù)運(yùn)行，不受干擾；點(diǎn)擊 I0.3（緊急停止） ， 則所有輸出信號(hào)燈滅。從而可以看出起停符合要求。 第二步：測(cè)試各電機(jī)的起停是否符合要求。點(diǎn)擊手動(dòng)開始按鈕，并適時(shí)點(diǎn)擊各行 程開關(guān)及閘門狀態(tài)開關(guān)，測(cè)試各個(gè)電機(jī)是否能夠正常起停。 第三步：產(chǎn)生“所有配料都放入攪拌機(jī)”信號(hào)的程序調(diào)試。該信號(hào)的產(chǎn)生對(duì)攪拌 站的正常運(yùn)行有著極其關(guān)鍵的作用，該信號(hào)的調(diào)試可使用內(nèi)存監(jiān)視來實(shí)現(xiàn)。圖 4-5 為 使用仿真軟件中的內(nèi)存監(jiān)視功能實(shí)現(xiàn)調(diào)試： 28 圖 4-5 圖中 M0.4、M0.5、M0.6、M1.0 都是用相應(yīng)電機(jī)信號(hào)的下降沿實(shí)現(xiàn)置位，用 M1.1 信號(hào) 實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 4.2.2 報(bào)警程序的調(diào)試 第一步：按下 I1.7（試燈、試鈴按鈕） ，則 Q2.0（報(bào)警玲聲） 、Q2.1（攪拌機(jī)故障指示燈） Q2.7（翻斗機(jī)故障指示燈）全部變亮，否則為錯(cuò)誤，須進(jìn)行修改。 第二步：第一步調(diào)試正確的情況下，按下相應(yīng)的模擬故障按鈕，看對(duì)應(yīng)的指示燈 是否閃爍、Q2.0（報(bào)警玲聲）是否亮，否則為錯(cuò)誤，須進(jìn)一步修改。 第三步：第二步調(diào)試正確的情況下，按下 I2.0（消鈴按鈕） ，則 Q2.0（報(bào)警玲聲） 滅，相應(yīng)的故障指示燈轉(zhuǎn)為常亮，否則為錯(cuò)誤。 第四步：第三步調(diào)試正確的情況下，使產(chǎn)生故障的觸點(diǎn)斷開，則相應(yīng)指示燈滅， 否則為錯(cuò)誤。 報(bào)警電路部分梯形圖如圖 4-6： 29 圖 4-6 報(bào)警電路部分梯形圖 4.2.3 模擬量處理 本程序設(shè)計(jì)中的模擬量輸入量為壓力，模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn) 量程的電壓（010v） ，PLC 用 A/D 轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字量存儲(chǔ)在 AIW2 和 AIW4 中， 然而，要在程序設(shè)計(jì)中應(yīng)用，特別要在仿真軟件中應(yīng)用，還得進(jìn)一步處理，我選用字 比較指令在程序中實(shí)現(xiàn)其功能，并可在仿真軟件中使用。如圖 4-7 所示： 30 圖 4-7 用比較指令處理模擬量 另外,模擬量的處理還可先將給定值或 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的整數(shù)值由 16 位整數(shù)轉(zhuǎn)換為浮 點(diǎn)數(shù),然后將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換為