混凝土搅拌站的电气控制.doc

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河北科技师范学院本科生毕业混凝土搅拌站的电气控制论文（设计）

混凝土搅拌站的电气控制

摘要:

介绍一种混凝土搅拌站自动化控制系统,此系统以工控机为上位机,PLC为下位机,基于操作平台,提供一种实用的混凝土搅拌站自动化控制系统方案。

，论文分析了混凝土搅拌站当前各种控制方案，通过分析给出了搅拌站的总体设计方案。

论文对控制系统特征进行分析，结合搅拌站的控制要求，设计出系统的硬件原理框图，并对其中的控制电路进行了较为详细的介绍。

论文对PLC、单片机程序流程做了详细介绍以及上位机统一控制。

关键词:

搅拌站;PLC;工控机

Abstract:

Aconcretemixingplantautomationandcontrolsystems,industrialcontrolcomputerasthesystemhostcomputer,PLCforthenextbitplane,basedplatforms,providingapracticalautomaticcontrolsystemofconcretemixingstationprogram.,Thepaperanalyzesthevariouscurrentcontrolofconcretemixingstationprogram,theanalysisgivestheoveralldesignofthemixingstationprogram.Paperanalyzesthecharacteristicsofthecontrolsystem,combinedwithmixingcontrolrequirements,designthehardwareblockdiagram,andthecontrolcircuitinwhichamoredetaileddescription.ThesisonthePLC,MCUprogramflowmadeadetailedandunifiedcontrolPC.

Keywords:

mixing;PLC;IPC

第1章引言

随着城市现代化建设及其大型水利等工程的不断发展,以往那种由工地自行生产混凝土的方式由于其质量难以保证、噪声及粉尘污染大,因而必将为自动控制的混凝土搅拌站所取代。

自动控制的混凝土搅拌站具有产品质量优良稳定、生产成本低、环保性能良好等特点,正在成为混凝土生产的主流。

混凝土搅拌站控制系统是一套用于生产混凝土的自动化电子配料、控制装置,它由工控机、操作台及基于PLC的现场控制站三部分组成,能够按照给定的配方,自动地控制各部分物料称量、投料、搅拌和出料。

PLC具有可靠性高，功能完善，编程简单等特点，可以有效地弥补混凝土搅拌站常规继电器控制系统的缺陷，与工控机相结合，混凝土搅拌站的控制系统采用上位机进行管理，下位机PLC进行控制与监视，实现从配料计量、搅拌、到出料生产全过程的自动化、智能化。

以提高配料精度，提高产品质量和产量，降低成本。

第2章系统方案及确定

第2.1节方案1

本方案中的混凝土搅拌站测控系统主要由上位工控机监控管理部分、下位机PLC现场控制部分及单片机称重系统计量部分组成。

通过PLC通讯单元实现与计算机的通讯,计算机可以完成数据的采集和处理,并可以传送至PLC的数据区,计算机还可以直接读写PLC内部数据区的数据,也可以监控程序执行状态。

可见,通过PLC与计算机通讯,可以方便完成混凝土配比参数的选择,也使PLC控制系统的调试抛开了程器的不直观不方便的缺馅,调试、参数修改和故障处理等都实现人机操作对话,控制系统更完善,这是目前自动控制领域最理想的控制方式,即采用工控机为数据管理级,PLC为数据控制级,PLC与计算机通讯形成控制网络管理现场的集散控制系统。

第2.2节方案2

本方案通过传感器、硬件电路、IO接口电路、显示面板等对水泥搅拌站作业参数进行实时测量和显示，控制执行元件，实现对水泥搅拌站整机控制，它是由供料、贮料、配料，搅拌、出料，控制等系统控制等系统及结构部件组成，显然，它是一个受多环节控制的复杂系统。

本方案主控器由单片机来实现，模数转换由ADC0809来实现，用LED数码管，通过一种译码器和一方向器与单片机相连，设置几种键来控制电机。

本方案的核心就是电机的启动，由于电机启动需220V以上的电压，而单片机提供的电压不能做到使电机启动，所以需要使驱动器来驱动电机，使其启动。

本方案中，采用了继电器来驱动。

第2.3节方案的确定

基于PLC和工控机的混凝土搅拌站控制系统充分利用了PLC控制具有可靠性高、功能完善、产品标准化、开发性日益增强以及编程简单直观等优点,能够有效弥补继电器控制和单片机控制在可靠性方面的缺陷,与工控机配合易于实现操作与管理的结合。

具有强大的数据处理和图像表现能力的组态软件的应用,融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术和软件技术,具有可靠性高、操作简单、维护容易等特点。

所以决定采取第一种方案。

搅拌站电气系统硬件结构图如图2-1所示。

显示器

鼠标

键盘

打印机

上

位

机

下

位

机

电子称

称重传感器

称重装置

执行机构

搅拌装置

搅拌站电气系统硬件结构图2-1

硬件由可编程控制器（含数字量输入输出模块、模拟量输入模块）、工控机、电子称量系统打印机、若干电器元件组成。

根据搅拌站的工艺流程和控制要求，选用PLC作为电气系统的主控制器并扩展模拟模块以读入现场标准模拟量信号和输出模拟量至变频器，控制有调速要求的电机运行。

PLC通过串行通信口与上位工控机相连。

其中PLC是整个控制系统的核心,所有的开关量控制以及顺序控制都需经过PLC处理。

现场的称重传感器将重量信号反馈给PLC，通过逻辑处理去驱动现场的放料门或电动机;其余的动作机构则是通过按钮给PLC输入信号来实现控制。

第3章搅拌站控制系统的硬件设计

第3.1节下位机的硬件设计

3.1.1PLC机型的选择

根据控制要求和控制功能的分析，选用三菱的FX2N系列PLC，FX2N系列可编程控制器输入继电器采用八进制编码，基本单元输入继电器最大范围为X0~X7共64点，扩展后可达X0~X267共184点。

FX2N系列可编程控制器输出继电器也采用八进制编码，基本单元输出继电器最大范围为Y0~Y77共64点，扩展后系统可达Y0~Y267共184点。

FX2N系列每条基本指令执行时间为0.08us;具有27条基本指令、2条步进指令和128种功能指令；有3072点辅助继电器、1000点辅状态继电器、256定时器、235点计数器、8000多点16为数据寄存器、128点跳步指针和15点中断指针；内附8K步RAM（RUN过程中可更改程序），最大可达16K,最大可扩展到256个I/O点。

FX2N系列拥有大量适用于特殊用途的条件，与FX2系列相比，面积，体积要小50%，FX2N是FX系列功能最强、速度最快的微型可编程控制器。

3.1.2搅拌站PLC控制系统外部接线图

搅拌站PLC控制系统的外部接线图如图3-1

PLC控制系统的外部接线图3-1

3.1.3系统的控制方式

系统应具有手动控制和自动控制两种工作方式，手动工作方式主要是在系统维护或软件调试时使用，而在正常生产过程中一般采用自动工作方式。

因此应设置手动、自动选择和相应按钮并为各按钮设置指示灯，以便系统运作不正常时方便查错。

系统的逻辑控制主要由PLC负责,可以接收各种开关、按钮及接触器状态等输入信号和上位机的命令,实现各种动作的控制,其中包括配料仪表的启停、电机的顺序启停控制、连锁控制和保护控制等。

输出通过中间继电器（24VDC）控制电磁阀或接触器等执行设备。

PLC与上位机可通过RS2485接口来实现。

现场传感器与变送器和仪表实时采集流量、压力、重量等检测信号，根据称重信号和生产配方产生螺旋送料机、电子秤、阀门等的控制信，可以动态检测和处理配料过程中可能出现的问题，称重显示仪表可与PLC实时、高速通信。

可以通过单片机的开关量输出1/0作为PLC的输入量，以控制输出。

首先,电控柜向配料器发出一个启动信号,开始配料。

先打开各骨料仓阀门,将物料放入其下的各骨料秤中,通过传感器采集到称重信号,待达到配方设定值,PLC发出信号,关闭各骨料仓进料阀门,同时相应的传送皮带开始启动运行，当皮带运行30秒，骨料的排料阀门开启，物料落入其下的传送皮带上,送入集料斗中。

骨料配料的同时在各自的秤斗中进行水泥、粉煤灰及防冻剂的称重和水的计量，在混凝土所需的各种骨料粉料称量完毕、水计量完毕后，控制集料斗阀门和粉料排料阀门开门，并通过其相应的传送带把各种材料装入搅拌机、同时水箱阀门开启水进入到搅拌机，然后搅拌机进行搅拌。

搅拌机运行指定的时间后，打开搅拌机的卸料门进行卸料，完成混凝土生产的一个循环。

为了提高搅拌站的搅拌效率，一般在搅拌机进行混凝土搅拌时，下一个生产循环的骨料粉料等的称重计量同时进行.

第3.2节称重仪表的硬件设计

3.2.1称重仪表的硬件结构

传感器

A/D转换

AT89S52

键盘

显示

RS-485

开关量输出

放大器

称重仪表的硬件图3-2

利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。

单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。

此外，还可通过键盘输入设定值。

通过开关量输出电路与PLC通信。

3.2.2称重系统中单片机的选择

单片机采用MCS-51系列单片机。

由ATMEL公司生产的AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。

3.2.3传感器和其外围以及放大电路设计

传感器检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出，由于惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，又因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵消，所以在本设计中选用最终方案我们选择的是上海开沐自动化有限公司生产的NS-TH1系列称重传感器，额定载荷20Kg，该称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

由于传感器输出的电压信号很小，是mV级的电压信号，因此为了提高系统的抗干扰能力，在传感器外围电路的设计过程中，增加了由普通运放设计的差动放大器增益调节电阻Rg选用10K电阻，是为了满足系统抗干扰的要求而设计。

其电路图如3-3所示。

传感器和其外围以及放大电路图3-3

3.2.4A/D转换芯片与AT89S52单片机接口电路设计

AD574是美国AnalogDevice公司生产的12位单片A/D转换器。

它采用逐次逼近型的A/D转换器，最大转换时间为25us，转换精度为0.05%，所以适合于高精度的快速转换采样系统。

电路接线图如下图3-4所示:

A/D转换芯片与AT89S52单片机接口电路图3-4

根据芯片管脚的原理，无论启动、转换还是结果输出，都要保证CE端