沥青混凝土拌和设备控制系统设计.doc

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（论文）

目录

1概述 2

1.2工艺流程 2

1.３自动控制系统 3

2计量系统总体方案设计 4

2.1计量系统工作过程 4

2.2计量过程 5

3系统主要元件的选择 7

3.1称重传感器的选择 7

3.2变送器的选择 7

3.3低压电器元件的选择 8

3.3.1继电器的选择 8

3.3.2接触器的选择 8

3.3.3熔断器的选择 8

3.4气缸及电磁阀的选择 9

3.4.1气缸的选择 9

3.4.2电磁阀的选择 9

4系统硬件系统的设计 10

4.1单片机的接口电路 10

4.2继电器控制电磁阀电路 12

4.3搅拌器电机控制装置 13

5系统软件设计 14

5.1上位机软件设计 14

5.1.1上位机功能简介 14

5.1.2PC串行通信 14

5.1.3系统程序 15

5.2下位机软件设计 17

5.2.1下位机功能简介 17

5.2.2下位机工作流程 17

心得体会 19

参考文献 20

19

1概述

沥青混凝土拌和设备是用于高等级路面沥青混合料的生产,主要功能是将大小不同的石料经加热烘干后筛分成4~5种不同粒径范围进入热仓中,按照实际用料的不同级配需要,与一定量的矿粉和加热到一定温度的沥青放入搅拌缸搅拌均匀。

工业自动化程度已被公认为是衡量国家现代化水平的一个重要标志,而生产过程的实时监督控制和数据处理则是工业自动化的基础。

沥青混凝土拌和设备是工程筑路机械中的关键设备之一,其控制关键技术长期被国外垄断,为满足国内企业发展的迫切需要。

1.1强制式沥青拌和设备简介

强制间歇式沥青混合料拌和设备主要有冷骨料供给装置（包括3~6个碎石、砂子储仓，皮带或振动给料器以及水平皮带输送机和斜皮带输送机等）、冷骨料烘干加热装置（干燥滚筒与燃烧装置等）、热骨料提升装置（热骨料垂直式提升机或倾斜式提升机）、热骨料筛分与储存装置（筛分机与热骨料储仓）、热骨料计量装置、石粉储存、输送和定量供给装置（包括石粉仓、螺旋输送机和石粉计量秤等）、沥青储存、加热、输送和定量供给装置（包括沥青储罐、沥青熔化加热装置、沥青输送泵、沥青计量秤和沥青喷洒装置）、拌和装置、成品料输送、储存及加热保温装置、除尘装置、控制装置等组成如图1-1所示。

图1-1强制间歇式沥青混合料拌和设备

1-冷矿料储存及配料装置；2-冷矿料输送机；3-冷矿料烘干滚筒；4-热矿料提升机；5-热矿料筛分及储存装置；6-热矿料计量装置；7-矿粉储存仓；8-沥青供给系统；9-拌和器；10-成品料储存仓；11-除尘装置

1.2工艺流程

沥青混凝土搅拌设备的工艺流程如下：

（1）不同规格的冷砂石料分别储存各自的料斗→冷骨料定量给料装置对各料安容积进行粗配→冷骨料输送机传输→干燥滚筒干燥加热（喷燃气的火焰逆料流烘干加热到足够温度）→热骨料提升机转输→热骨料筛分机筛分→热骨料储入各自的临时料斗（以上过程为连续进行）→热骨料计量装置精确称量→搅拌器搅拌。

（2）石粉→石粉储仓→石粉称量装置→搅拌器搅拌。

（3）沥青（流体）→沥青保温灌→沥青称量装置→搅拌器搅拌→搅拌好的成品料→直接运往工地或由产品料车送入产品混合料储料仓。

（4）干燥滚筒与热骨料筛分机等所产生的粉尘→除尘装置将粉尘分离出来→石粉定量给料装置回收再用为了保证沥青混凝土搅拌设备按要求的工艺流程运行及得到高质量的沥青混凝土混合料。

1.３自动控制系统

沥青混凝土拌和设备计算机控制系统采用分布式上下位机结构,采用一台可编程控制器作下位机完成全部设备的启停控制、逻辑顺序控制及定量控制,使用一台上位计算机完成配比计算设定、动态流程显示、报警显示、历史数据记录及查询、报表的生成与打印。

系统主要组成。

除机械本体及执行机构以外,控制系统主要由设备供电及起停控制、计算机监督控制、物料输送及配料控制、燃烧及温度控制等组成。

无论搅拌设备的结构形式如何，都采用了电子监测和自动控制系统。

有多台电子秤组成的称量系统实现骨料、石粉和沥青等成分的精确配比；干燥滚筒出料温度的自控系统；沥青加热的导热油自控系统等。

控制形式有继电接触器控制型式、程序控制型式、可编程控制器（PLC）式、单片机和微机控制型式及几种控制型式并存的混合控制型式。

2计量系统总体方案设计

2.1计量系统工作过程

沥青混凝土拌和设备的控制系统是通过上位机来控制下位机来实现，下位机利用单片机实现沥青拌和设备的热骨料及热沥青的计量、搅拌器电机及料门的控制。

热骨料计量料斗、热沥青计量量筒分别通过四个和三个称重传感器悬调，热骨料料仓为三个，通过气缸控制料门的开闭。

沥青量筒通过两个气缸分别控制沥青的加入和排出。

整个系统通过单片机来控制如图2-1所示，工作时系统采集骨料和沥青质量的模拟信号，驱动七个电磁阀控制七个气缸的运动，完成骨料和沥青的计量。

热骨料的称量采用四只1t的传感器并联使用。

计量斗得骨料质量通过称重传感器将质量转变为电压信号，电压信号经过电压放大芯片放大，再经过A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号，经单片机发送到控制端。

当达到质量要求是，计量斗得料斗门打开将骨料分两次放入搅拌器中。

电磁阀的驱动通过单片机的I/O口，利用锁存器扩展出24路端口，通过扩展端口中的14路驱动电磁阀的运动。

当骨料放入搅拌器后，单片机发出信号控制电机电源接通，搅拌器的电机启动采用星型——三角启动，电动机的启动采用扩展的3路端口控制继电器驱动接触器来实现。

图2-1系统总体功能图

2.2计量过程

粗级配的冷骨料经烘干滚筒加热后，由提升机输送于振动筛，振动筛将热骨料混合料筛分为不同粒径的四种料，分别储存在各自的热料仓中（1~3号仓）。

热料仓底部各有一个放料弧门，由气缸控制其关闭。

三个料仓的骨料依次放入称量斗中进行称量，称量完毕后放料门将骨料分两次放入搅拌锅中，如图2-2所示。

称量斗中有块隔板，一边放石料，一边放砂料，放料时先放石料，后放砂料。

放料门由两个对接的气缸控制，当以气缸杆伸出时，放料门开至一半，石料放出；当另一个气缸杆也伸出时，放料门完全打开，砂料放出。

称量系统分为热骨料的称量和热沥青的称量，热骨料称量采用四支称重传感器并联，热沥青称量采用三支称重传感器并联。

传感器采用电阻应变片式桥式连接，电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：

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），（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

热骨料和沥青的承重传感器采用并联电压输出方式，随着料斗中骨料质量的增加，应变片产生变形，输出端产生微弱的电压信号经过变送器放大，放大后的信号经ADC0809转换发送给单片机处理信号产生相应的命令动作。

图2-2间歇式搅拌设备计量

1-搅拌器；2-喷嘴；3-石粉称量斗；4-石粉螺旋给料器；5-石粉计量器；6-储料仓；7-矿料称量斗；8-二通阀；9-矿料计量秤；10-回油管路；11-进油管路；12-沥青计量秤；13-沥青称量桶；14-沥青保温桶；15-沥青喷射泵

沥青拌和设备的计量控制系统用来完成集料、粉料和沥青的计量工作，拌和设备采用重量计量方式，通过称量斗和计量秤来完成，如图2-3所示。

图2-3沥青供给装置

1-沥青喷管；2-操作气缸；3-三通阀；4-沥青回油管；5沥青进油管路；6-计量斗；7-保温装置；8-阀门；9-沥青泵

沥青罐内设置一量桶，量桶通过传感器悬挂在机架上，其底部有一锥形阀。

锥形阀的启闭是由压缩空气通过阀杆顶部的汽缸作用实现的。

计量前，汽缸使锥形阀关闭，三通阀使沥青注入管与量桶相通，沥青进入量桶。

当注入量达到设定值时，电子仪表给执行机构发出信号，致使三通阀换位，切断进入量桶的沥青通路，进、回沥青管路相通。

随后汽缸将锥形阀开启，计量好的沥青有沥青喷量泵输送到搅拌器内。

装置外设有保温套，注入导热油即可进行保温。

3系统主要元件的选择

系统硬件主要包括：

称重传感器、信号放大器、继电器驱动电路、接触器驱动电路、电动机、气缸及其电磁阀。

3.1称重传感器的选择

KB-2型称重传感器，采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉、压输出对称性好，精度高，量程范围广，结构紧凑，安装使用方便，广泛用于机电结合秤、吊钩秤、料斗秤、包装秤等各种测力、称重传感器如图3-1所示。

主要技术指标：

灵敏度（mV/V）1~2.5

非线性（%FS）0.05

重复性（%FS）0.05

滞后（%FS）0.03

供桥电压（VDC）12

输入阻抗（Ω）380±20

图3-1称重传感器

输出阻抗（Ω）350±10

绝缘电阻（MΩ/100V）≥1000

工作温度（℃）–10~+60

热零点偏移（%FS/10℃）0.05

热灵敏度偏移（%FS/10℃）0.05

允许过负荷（%FS）120

接线方式插座：

1、电源（+）2、输出（+）3、输出（-）4、电源（-）

对于骨料料斗选择四个量程400KG的，对于沥青选择三个量程为50KG的。

3.2变送器的选择

选择TR200H高精度称重变送器。

特点：

采用SMT工艺制造，输入/输出/电源三方隔离，经济、可靠、简便，针对工业过程之电阻应变式信号（如称重传感器、测力传感器、张力放大器等）变送而设计制造，可用于不同规格称重、测力传感器皆可使用如图。

技术指标：

电源：

24VDC/AC±10%

精度：

满量程之0.05%

激励电压：

DC10Vmax120mA

零位调校范围：

0~20mV

输入信号：

0~30mV

图3-6变送器

第一路输出信号：

4~20mA/0~20mA

第二路输出信号：

0~5V/1~5V/0~10V

这里选择第二路输出信号1~5V，可以直接连接单片机的AD转换口。

3.3低压电器元件的选择

低压电气元件在整个系统中起到控制作用，是整个系统在安全的环境下正常工作，低压电气元件包括继电器、接触器、熔断器。

3.3.1继电器的选择

继电器主要选用松下中间继电器AHN22124DC24V带二极管如图3-2所示。

技术参数：

线圈电源24（V）额定工作电流10（A）

额定工作电压24（V）

3.3.2接触器的选择

图3-2继电器

接触器选用LC1-D12交流接触器如图3-3所示。

主要技术参数为：

额定绝缘电压：

690V

约定自由空气发热电流：

55A

可控制的三相异步电动机的最大功率：

22KW（380V）

每小时操作循环数：

1200次/h

电寿命：

100万次

图3-3接触器

线圈功率：

起动175VA，保持19VA

3.3.3熔断器的选择

熔断器选用RT14系列有填料封闭管式圆筒帽形熔断器适用于交流50Hz，额定电压为550V，额定电流为100A及以下的工业电气装置的配电设备中，作为线路过载和短路保护之用。

3.4气缸及电磁阀的选择

3.4.1气缸的选择

根据推力为50Kg，设气压为0.5MPa，计算出气缸内径最小为40MM，考虑到有杆腔受力面积要减去杆的横截面积，所以取63MM，又行程为400MM，初步选定气缸为：

SC63-400。

由于要用到接近开关所以选用附磁石的，所以选用SC63-400S2如图3-5所示。

相关参数：

动作形式：

复动型

工作介质：

压缩空气

工作压力:

0.1-1Mpa

使用速度:

50-500mm/scc

图3-5气缸

使用温度：

-10~70C

缓冲：

两端可调缓冲

接管口径：

3/8

3.4.2电磁阀的选择

电磁阀选