基于PLC搅拌楼生产系统的设计.docx
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基于PLC搅拌楼生产系统的设计
毕业论文（作业）
班级机电专业机电一体化
题目基于PLC搅拌楼生产系统的设计
学生姓名张XX
指导教师XXX
2015年6月11日
摘要
建筑是城市森林中的树木，是组成城市的重要元素之一，建筑的质量一直都很受重视。
如果说钢筋是骨，那混凝土就是肉，它影响到建筑的稳定性和安全性。
混凝土行业发展至今天已经比较成熟，从前是人工加自动的生产方式，现在由于科技迅速发展，混凝土的生产已经基本可以通过自动化来实现，这正是用了可编程序控制器（PLC）中设计的程序联系操作台的操作而实现的。
此次研究即是对混凝土搅拌楼的生产系统的分析与PLC程序的设计。
本文交待了选题的背景，说明了设计的意义，就目前混凝土行业各搅拌站生产系统的发展情况，和一些需解决的问题，计划了设计中将要做好的主要事项。
详细了解了搅拌站的控制流程，通过解析制作了搅拌楼生产系统PLC程序的思路。
该设计对控制系统的大概流程和结构进行分析，根据搅拌楼生产的要求，对设计的特点作了简要说明。
关键词：
可编程序控制器（PLC）；混凝土搅拌楼；生产系统PLC程序
目录
摘要···········································································Ⅰ
导言···········································································1设计目的与要求·································································1
1.1设计目的····································································1
1.2本设计的主要内容···························································1
1.2.1混凝土搅拌站的简介··················································1
1.2.2搅拌楼系统的软件设计················································2
2搅拌楼生产系统的概述·························································2
2.1系统的组成··························································2
2.1.1运输设备····························································3
2.1.2料斗设备·····························································3
2.1.3称量设备·····························································3
2.1.4搅拌设备·····························································3
2.2电控系统的组成···························································3
3混凝土搅拌站的控制系统设计·················································4
3.1生产系统设计的步骤·························································4
3.2接线图······························································5
3.3混凝土搅拌装置的生产流程··················································7
4主程序的设计·························································7
4.1主程序流程图································································8
4.2报警系统设计································································9
4.3I/O分配表··································································10
4.4梯形图······································································12
结论···········································································15
参考文献···········································································16
导言
随着城市越来越大，建筑越来越多，建筑的质量也更受重视，如果说钢筋是骨，那混凝土就是肉，它影响到建筑的稳定性和安全性，混凝土行业经过多年发展已经趋于稳定，各公司也都进了先进的设备来生产，这些设备大多都是自动化的，只需由操作人员进行简单操作即可完成原本复杂的生产。
在机电一体化中，自动化是极重要的一项内容，其中涉及PLC、传感器、机器人等知识，在模块化教学中都精要讲解过。
现在机电一体化在许多领域都有着普及性的使用，许多设备的自动控制也变得更加重要。
这些年科学技术不断发展提高，越来越多的科技融入我们的生活和学习中，当然还工作中，自动化在工业生产当中的重要性举足轻重，机床电气控制技术的不断发展和PLC的广泛应用，可编程序控制技术各项优势已经改变了传统的控制方式，PLC的应用已经是当今工业控制的主要发展方向，是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便、的优点而设计制造和发展的，这就使得PLC安全可靠，使用性广泛，稳定方便。
其采用的模块化结构使得编程容易学习和掌握；对生产工艺改变适应性强；安装调试简单快捷、无需经常维护等其他控制器所无法相比的优点。
本设计将PLC应用于搅拌楼生产系统的设计，并通过对生产系统的分析，编写控制程序顺序功能流程图和梯形图。
本课题的主要目的是使用可编程控制器来设计一套程序完成生产系统中的一系列的动作。
此次设计是对于大学里面学到的课程，例如可编程控制器的应用、自动化生产线等模块的复习与巩固，也是对自己能力的一次锻炼。
1设计目的与要求
1.1设计目的
该设计的目的主要是为了锻炼自己综合分析能力和解决本专业的一些技术问题的独立思考能力，加深并且拓宽自己的知识，培养自己的设计能力，构思能力，创新水平，掌握设计中的一般的规范以及写作方法。
同时学会向前辈和技术人员请教学习，从实际生产中进行调查研究。
学会使用各类技术资料、国标手册，利用计算机处理数据计算和设计，提升高效编辑技术类文件的能力。
1.2本设计的主要内容
1.2.1混凝土搅拌站的简介
通过了解搅拌楼生产系统的设计思路，对搅拌楼的结构组成进行细致的分析后选型然后再设计，从而对混凝土搅拌楼的生产系统有了大致的了解。
1.2.2搅拌楼系统的软件设计
先根据搅拌楼的生产流程做出动作流程图，然后选择PLC的型号并做出I/O分配表最后编写梯形图程序，达到搅拌楼生产系统对整个生产过程的有效控制。
2搅拌楼生产系统概述
2.1系统组成
搅拌楼由一套搅拌装置即若干台主机和一些相关装置组合而成。
它的基础部分，也就是该设计的重点对象，是以下五个设备:
运输设备、料斗设备、计量设备、搅拌设备和相关装置，为方便理解，用图片的方式来描述该系统基本流程，如图2-1与2-2：
图2-1生产系统大体规模
图2-2搅拌站生产模式
2.1.1运输设备
搅拌楼生产的运输设备有砂类材料和石子类材料的输送设备、粉状物输送设备以及水泵等。
骨料运输设备有传送带、挡片、和料仓等，其中传送带是搅拌装置中必有的运输设备。
水泥和外加剂输送设备由斗式提升机和螺旋输送机组成。
2.1.2料斗设备
料斗设备是由贮料仓、卸料阀和一些辅助装置组成的。
料斗设备也叫中间仓，起着预备作用，用来过渡每次生产。
用料斗加上自动秤进行称量。
所以，它相当于生产过程中的中继，有承前启后的作用。
根据制作贮料斗的材料和形状不同，贮料斗分为钢筋混凝土贮斗、钢制贮斗、木制贮斗、圆形贮斗等。
阀门是贮料斗的卸料设备。
阀门控制贮料仓的卸料阀的开闭，大多数厂采用气动式的，优点是构造简单，而且卸料快。
缺点是只有当材料是比较松散状态时，才能有比较均匀的流动性。
如果采用另一种给料机卸料，就会比较容易均匀控制，这种大多都是电动式的。
阀门的种类有很多，在混凝土搅拌装置中最常用的是扇形闸门，它是由气动的方式来控制的，骨料一般都是采用阀门卸料。
2.1.3称量设备
称量设备是搅拌楼生产系统中十分的重要部分之一，因为需要通过该设备才能控制着不同强度混凝土的材料使用量，称量的是否精确能够左右混凝土强度。
因此想要生产质量过硬的混凝土，精确高效的称量设备是的重要保证。
一套称量设备包括贮料斗、送料设备和称量设备等。
对称量设备首先要求是准确，然后是快速，在秤上重量达到上限即停的同时还要有生产效率。
称量设备可以两大类:
杠杆秤（现在已经几乎不再用）和电子秤。
对应各种形状大小不同的材料，秤斗在构造上均各有不同。
比如水和外加剂这种液体材料的秤斗就是是圆的，阀门上装有一圈橡胶垫来保证其密封性。
2.1.4搅拌设备
现在一般的混凝土搅拌机，都用双卧轴强制式。
搅拌能力好且均匀、迅速、效率高，且对于坍落度较小，成品较干的混凝土，也能达到非常好的效果。
2.2电控系统的构成
搅拌楼生产系统的电控系统如图2-3：
图2-3电控系统构成
（1）智能元件主要是指控制和显示功能的元件。
（2）传感器主要是称重传感器。
（3）执行机构主要包括搅拌电机、骨料放料阀门、水泥放料阀门、水泵阀门、外加剂放料阀门以及送料电机等。
（4）本次设计采用的PLC是三菱FX2N系列的可编程控制器，本次设计输入和输出都较多，所以该控制系统设计选择了三菱的FX2N系列中的FX2N–80MR-001。
该型号的输入点数和输出点数都是40个。
不但满足本设计中的输入输出点数的基本要求，而且为以后该控制系统的改造保留有扩展空间，为搅拌站的整个电控系统带来了高质高品的性能，也有利于用户今后对搅拌站的更新与扩展。
3混凝土搅拌站控制系统设计
3.1生产系统设计的步骤
因为每一种控制系统都是为了达到理想的设计中的动作要求和指令，又以提高产品质量和生产效率为目的。
故我在设计控制系统时，不仅要尽可能地满足被控对象的控制要求。
还要先进行调查研究并收集资料，保证控制系统的安全和稳定。
生产系统设计的步骤如图3-1所示：
图3-1PLC控制系统设计流程
3.2接线图
图3-2搅拌机和翻斗机的接线图
图3-3传送带与水泥输送机的接线图
图3-4水泵与外加剂输送机接线图
图3-5砂、石料输送机接线图
3.3混凝土搅拌装置的生产流程
在生产混凝土时，料仓中本身贮有各种材料，砂石类材料的给料阀门打开后分别将砂料和石料放入到秤斗称量，秤斗中的材料不断增加直到秤的上限，才控制下料的阀门停止投料，然后传送带将砂、石材料送入骨料斗（几种硬质材料集中在一起准备放入搅拌机的仓）。
此时搅拌机也开始运转搅拌,同时进行水泥、水以及外加剂的计量。
在混凝土所需的每种材料计量完成后，骨料斗和各秤斗打开阀门，把所有的材料放入搅拌机进行一定时间的搅拌。
在搅拌机搅拌了设定的时间后，就打开卸料门卸料，这样就完成混凝土的生产。
在砂、石材料的称量时，系统用分别控制两个门进行快速而准确的称量，以节约时间并保证称量精度。
每个斗秤由称重传感器感应的信号分别经称重变送器进入PLC。
在称水重量时，对水的称计量也是采用和粗骨料相同的方法进行称量，而水泥、粉煤灰、外加剂则从各自料仓送入各自秤斗进行称量。
混凝土要求较强的连续性生产，所以控制系统中，每一个动作的前后顺序都有较高的要求，当达某个设备到某个状态时，需保证在这之前的的动作全部完成，而自身也达到某个状态才可以进入下一个状态，否则配料就可能会出现误差，甚至出现故障。
因此要安装限位开关和传感器等设备对各机构的状态进行监控。
为了能及时解决故障，需设计故障报警程序。
4主程序设计
4.1主程序流程图
图4-1流程图
4.2报警电路的设计
报警电路也是此次设计的重要部分，但因条件有限，只好简单的设计报警电路，X15-X25则作为电动机故障信号，按下X15则警铃响，按X16则消铃，也能用来消警灯。
以下则是程序运行流程图如图4-2:
图4-2警报流程
4.3I/O分配表
输入
地址
注释
X0
启动
X1
手动开始
X2
本次循环后停止
X3
紧急停止
X4
搅拌机下限位
X5
搅拌机上限位
X6
石料箱阀门状态
X7
沙料箱阀门状态
X10
外加剂秤上限
X11
水秤上限
X12
水泥秤上限
X13
石料秤上限
X14
沙料秤上限
X15
报警电路的试灯、试铃
X16
消铃按钮
X17
搅拌机故障
X20
石料输送机故障
X21
沙料输送机故障
X22
水泥输送机故障
X23
水泵故障
X24
添加剂输送机故障
X25
翻斗机故障
输出
地址
注释
Y0
循环开始信号灯
Y1
搅拌机
Y2
石料输送机
Y3
沙料输送机
Y4
水泥输送机
Y10
水泵
Y11
添加剂输送机
Y12
翻斗机下翻
Y13
翻斗机上翻
Y14
传送带
Y15
石料箱放料阀门
Y16
沙料箱放料阀门
Y17
所有配料都放入搅拌机指示灯
Y20
一次循环结束指示灯
Y21
报警玲声
Y22
搅拌机故障指示灯
Y23
石料输送机故障指示灯
Y24
沙料输送机故障指示灯
Y25
水泥螺旋输送机故障指示灯
Y26
水泵故障指示灯
Y27
外加剂输送机故障指示灯
Y30
翻斗机故障指示灯
Y31
外加剂秤阀门
Y32
水秤阀门
Y33
水泥阀门
4.4梯形图
首先是主程序的梯形图：
X0是启动，而X1是真正的启动，除了给出一个M0信号，也接通了各材料的输送，
之后是砂石材料的秤的阀门，在秤重到上限的时候就断开输送，并放料到传送带上。
上面是传送带启动和水泥、外加剂等到秤上限后放入搅拌机，并搅拌3分钟。
最后放料要30秒，翻斗机要翻回去，搅拌机处上位
下面是报警部分：
结论
首先我要感谢我的指导老师夏老师不辞辛苦的帮助我，在研究这个内容的过程中我遇到了很多难题，做这个题目我拥有的资料不多，即使在网上少有相关的材料，但好在廖胜于无，我还是找到了一些对我来说十分宝贵的资料加快了进度。
在编程的过程中我发现由于不及时巩固学习的知识，在设计过程中我常常停滞在一个地方，不断地查阅资料请教同学后，我重新掌握了编程方法，我在纸上设计的程序有比较多的错误，为了实践程序的可行性，我下载了几个软件都存在各种问题，后来在同学的帮助下我找到了一个仿真学习软件。
通过合理的设计，程序能够按预期的流程进行，也说明设计可以更加优良。
在编程时我想了很多办法要将动作连续，由于无可避免地要用上不少计时器，在这个过程中我越来越混乱，考虑良久后才也变得清晰一些。
另有一个问题也困扰我比较久，就是闪烁的方法，这个问题实际上以前学到过，只是我长时间不接触之后就生疏了，在经过对以前知识的复习后，采用M8013，这个问题也迎刃而解，往后就是课上常遇到的几个动作，则较容易，在设计过程中我本想用set和rst来辅助程序，然而始终用不顺手，也就是说我的设计只是方法之一，一定还有更多较好的选择，由于时间并不充裕所以我无法花更多时间去做的更好。
另外一开始我在秤的计量上思考了很久，一直想不到用什么方法可以设计，通过查阅资料我知道可以用模拟量输入，然而在我正准备学习这个知识的时候我发现其实秤的上限是不固定的而是跟据不同配比人工设置的，每次生产都是直接放料到秤的上限，于是就解决了这个问题。
这次设计锻炼了我的独立创作和思考能力，也使学到的知识得以巩固而不致荒废。
感谢在我设计过程中指导老师和同学的帮助，让我最终完成了这次的设计。
参考文献
[1]曹京生.夏常凤.现代电气控制技术.冶金工业出版社，2011年.
[2]江燕.周爱明.PLC技术及应用.中国铁道出版社，2013年.
[3]董油海.PLC在混凝土搅拌站计量系统的应用.自动化与仪表.2000年.
[4]赵明明.现代混凝土材料理论与应用.中国建筑业协会混凝土分会，2014年.
[5]刘士阳.基于PLC和组态软件的搅拌站控制系统.建筑机械.2005年.
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