毕业设计论文混凝土搅拌站毕业设计.docx
《毕业设计论文混凝土搅拌站毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文混凝土搅拌站毕业设计.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计论文混凝土搅拌站毕业设计
摘要
混凝土搅拌站是随着水泥的诞生而产生和发展的。
它是建筑、桥梁、道路、大坝等工程施工中的必备设备，它由贮料、配料、放料等机构部件组成，是一个受多环节制约的复杂系统。
而随着我国经济建设的高速发展，综合国力不断增强，国家对基础设计建设的投资力度加大，拉动了城市商品混凝土的高速发展，同时，使混凝土搅拌站有了较大的发展空间，最初搅拌站仅以单机的形式出现，混凝土自拌自用，随着基础设施建设大规模的开展，产生了很大的商品混凝土市场，搅拌站的需求越来越大，计量要求越来越高，于是出现了各种形式带有计量装置的搅拌站，从而产生了现代的混凝土搅拌站。
本文针对PLC和配料控制控制器结合控制的搅拌站来设计其控制及监控程序设计中主要完成的任务有系统构造、PLC的I/O分配、工作流程图及PLC程序的编写。
关键词：
混泥土搅拌站；I/O分配；PLC；自动控制
ABSTRACT
Concretemixingstationswereproducedanddevelopedwiththebirthofcement.Itistheconstructionofthenecessaryequipmentforbuildings,bridges,roads,damsandotherprojects.It’sconstructedfromstoragematerials,ingredients,stirring,discharge,andotherstructuralcomponents,anditisasubjecttotheconstraintsofthecomplexmulti-linksystem.AsChina'seconomicconstructionandtherapiddevelopment,Comprehensivenationalstrengthconstantlyenhancethestate'sinfrastructureconstructioninvestmentincreasedtoboostthecity'srapiddevelopmentofready-mixedconcrete,sothattheconcretemixingstationshavelargerspacefordevelopment,theinitialMixingstationonlyintheformofstand-alone,self-mixconcrete-occupied,withtheconstructionofinfrastructurefacilitiesforlarge-scale,alotofready-mixedconcretemarketwasdeveloped,thedemandformixingstationsarelargerandlarger,andmeasuresareincreasinglydemanded,sothemixingstationswithvariousformsofmeasurementdevicesweredeveloped,therebythemodernconcretemixingstationwascreated.
ThispaperforPLCandthecombinationofingredientscontrollertocontrolthemixingstationwilldesignitscontrollingandmonitoringprogram.InthemaintextImustcompleteasystematicstructure,theI/OdistributionofPLC，theworkflowchartandPLCprogram.
KEYWORDS:
concretemixingstation;theI/Odistribution;PLC;automaticcontrol
第一章绪论
1.1选题背景及意义
可编程逻辑控制器（PLC）自它诞生以来至今，以其极高的性价比以及一系列人所共识的优点，受到越来越多的工程技术人员的重视，它现在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场所，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力保障。
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一直简称PC。
由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC；可编程序范围很大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）,简称为PLC。
PLC在控制领域的应用时保持了广泛的增长趋势。
混凝土搅拌站最初是以单机的形式出现，各工地自拌自用，随着基础设施建设大规模的开展，商品混凝土的销售逐渐增大。
随着计算机技术和测控技术的发展，高可靠、高自动化的自动控制系统便成了混凝土搅拌站的发展方向。
在混凝土搅拌站自动控制系统中，系统的稳定性、数据采集处理的精确性直接影响到混凝土的质量。
而在市场竞争日趋激烈的今天，搅拌站自动控制系统的性价比也与企业的生存紧密的联系在一起。
因此，研究一种低成本、高可靠性的新型搅拌站自动控制系统，具有极为广阔的市场前景。
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。
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重视。
可编程控制器（PLC）具有可靠性高、功能完善、编程简单直观，能够有效地弥补继电器控制系统的缺陷。
[1][2]
1.2混凝土搅拌站的现状及发展方向
1.2.1混凝土搅拌站的现状
从1903年德国建造世界上第一座混凝土搅拌站以来，商品混凝土作为独立的产业已有100多年的历史。
随后，美国于1913年，法国于1933年建立了自己的搅拌站。
二战后，尤其是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快速的发展。
目前，德国、美国、意大利、日本等国的搅拌站在技术水平和可靠性方面处于领先地位。
国外生产的搅拌站一般生产率在50m3/h~300m3/h，对于混凝土生产,搅拌站应用比较普遍，尤其在大型工程中被采用。
我国混凝土搅拌站的研制是从50年代开始的，在其发展过程中，型式的选择和主要技术参数基本上是根据用户要求和参考国外的自由状态，国标GB10171-88（《混凝土搅拌站分类》）和GB10172-88（《混凝土搅拌站技术条件》）颁布实施，将混凝土搅拌站的研制和生产纳入了标准管理的轨道，为其发展奠定了基础。
产品技术标准和搅拌混凝土标准的要求中，对于混凝土搅拌站的技术指标已达到发达国家水平由于我国的城市化进程不断向前推进，商品混凝土在全国大中城市得到了迅速发展和推广应用，混凝土搅拌站（楼）也得到了高速发展。
目前我国混凝土搅拌站生产企业众多，产品已形成系列化，但技术水平参差不齐，只有部分产品接近国际先进水平，有些技术已经超过进口混凝土搅拌站的水平，其中部分产品具有自动化程度高、生产能力高、称量精度高、投资少、搅拌质量好，能实现多仓号、多配合比、不间断地连续生产以及主机及其主要元器件的国产化程度等优点，但我国的混凝土搅拌站（楼）还存在着整体技术含量不高、普及率不高、地区差异较大、智能化程度不高和环保性能低等缺点。
在“十二五”期间，我国要建设一大批大型煤矿、油田。
电站、机场、港口、高速铁路、高等级公路等重点工程，同时也要进行大量的城市道路、城镇住宅的开发与建设，这都需要大量的混凝土。
所以现在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，混凝土搅拌站（楼）占有举足轻重的地位。
[1][2]
1.2.2混凝土搅拌站的发展方向
①智能化
智能化是所有机械设备的最终发展方向，搅拌站也不例外。
当前多数制造商在这方面都有很大的投入，但只能说还处于一种比较低的智能化状态，在这方面，要以更高一种完全意义的智能化为出发点。
②环保化
目前我国混凝土搅拌站的低环保性要从粉尘、噪声和污染三个方面加以改进和提高。
在粉尘方面要在粉料的输送途径中加以控制，如水泥筒仓上采用进口的除尘器、主楼加装除尘器、螺旋机送料改为风槽送料以及整个站的封闭等都可将粉尘降低到最低程度；可通过提高主机的性能并采取隔音板之类的材料将噪声减少到最低；在污染方面要通过多种途径进行，如修建废水沉淀池以及二次循环过滤装置和骨料的二次使用。
另外所有的粉状物料从上料、配料、计量、投料到搅拌出料都在密闭状态下进行。
搅拌机盖、水泥计量仓、粉煤灰计量仓的排尘管均与除尘器相连，骨料加注口设置阻尘板从而降低粉尘排放量。
全封闭的搅拌主楼及皮带输送机结构极大地降低了粉尘和噪声对环境的污染。
采用负压除尘及特种纤维滤布使投料时产生的灰尘完全进入除尘器而不向周围扩散，而收集到的粉尘又可方便地回收再利用，有效地保护环境。
③高精度化
高精度化主要指骨料、水泥、水和外加剂的计量精度，目前精度还有较大的提升空间。
计量的高精度化是我国搅拌站的奋斗目标和发展方向，只有提高了计量精度才能生产出更高标号的高强混凝土来，如何提高计量装置的精确度是值得探讨的一个问题。
④标准化
搅拌站的标准化是其最终的一个发展方向，任何设备都有标准，全球有国际标准，我国也有自己的行业标准。
标准化可从根本上降低产品成本，节约大量的能耗资源，面对当前紧张的自然资源和高能耗低产出的形势，我们呼吁相关行业主管部门以及大型企业来推动这项事业。
我国虽然有搅拌站的行业标准，但远远不能适应当前搅拌站的发展速度，标准相对滞后，行业标准在一定程度上没有起到引导作用，众多的生产厂家百家争鸣，一家一个标准的情况，造成市场混乱，使广大使用单位投资浪费。
⑤国产化
前几年国产主机的性能不稳定，尤其是主机的轴端密封漏油问题不能很好解决，从而长期制约着国产主机的进一步提高。
近几年来我国多家搅拌站生产厂家利用吸收国外主机技术相继开发了多个品牌的主机，如具有意大利技术的西门主机、仕高玛主机、德国BHS技术的主机等，在一定程度上解决了我国目前搅拌主机困绕多年的质量缺陷而得不到解决的局面。
主要元器件方面目前多采用中外合资或国外独资制造的电器和液压元件，如托利多、施耐德、西门子、欧姆龙和力士乐等元器件都已相对较稳定，从而使国产站的成本有了大幅度降低，而质量上和稳定性上并不亚于进口搅拌站。
[3][4]
1.3本论文的主要工作
1.3.1混凝土搅拌站系统简介
根据控制系统的总体设计思路对混凝土搅拌站的组成、电控系统的构成、称重传感器等硬件进行详细的分析、选型和设计，以便对混凝土搅拌站的硬件系统有一个大概的了解。
1.3.2混凝土搅拌站系统软件设计
根据混凝土搅拌站的工艺流程画出程序流程图、进行PLC型号的选择、I/O端口的分配及写梯形图程序，实现混凝土搅拌站控制系统对整个混凝土生产过程的可靠控制。
1.3.3程序的编译
通过STEP7-Micro/WIN3.2编程软件对主程序及报警子程序进行编译和修改，使得程序更加符合设计的要求。
第二章混凝土搅拌站系统概述
2.1混凝土搅拌站的组成
一个全套的搅拌装置是由许多台主机和一些辅助设备组成，它是最基本的组成部分有以下五个：
运输设备、料斗设备、称量设备、搅拌设备和辅助设备，如图2.1。
图2.1混凝土搅拌站示意图
1）运输设备
运输设备包括骨料运输设备、水泥输送设备以及水泵等。
骨料运输设备有皮带机、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输设备。
水泥输送设备和添加剂输送设备由斗式提升机和螺旋输送机组成。
2）料斗设备
料斗设备由贮料斗、卸料设备（阀门、给料机等）和一些其它附属装置组成。
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。
所以，它是工艺设备的组成部分，并不是大宗物料的贮存场所。
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开启和关闭的，大多是气动的，其结构简单，卸料能力大，但是只有当物料是完全松散状态时，才能比较均匀地控制料流。
而采用给料机卸料，就比较容易控制均匀地卸料，给料机都是电动的。
闸门的类型很多，但在混凝土搅拌装置中最常见的是扇形闸门，它由压缩空气缸来操纵，骨料（石子和沙）都是采用闸门给料。
3）称量设备
称重配料设备是混凝土生产过程中的一项重要工艺设备，它控制着各种混合料的配比，称量配料的精度对混凝土的强度有很大的影响。
因此精确、高效的称重设备不仅能提高生产率，而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包括贮料斗、给料设备（闸门和给料机）和称量设备等。
对称量设备的要求，首先是准确，其次是快速。
搅拌设备即一般的混凝土搅拌机，没有提升机装置和供水装置。
其设计技术成熟，在搅拌站设计中，一般采用标准搅拌机。
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、塑性及各种配比的混凝土，均能达到良好的搅拌效果。
[4]
2.2电控系统的构成
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2.2。
图2.2电控系统的构成
1.PLC采用德国西门子SIMATIC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品质的性能，也有利于用户今后对搅拌站的更新与扩展，作者设计的混凝土搅拌机的PLC外部接线图如图2.3。
图2.3PLC外部接线图
2.智能元件主要是指集显示、变送和控制于一体的配料控制器，它有一个0～5V的模拟输出接口板，其模拟部分精度适用于0.2%，0.1%，0.05%包装秤使用。
3.传感器主要包括称重传感器和行程开关等。
4.执行机构包括骨料放料电磁法阀、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。
2.3称重传感器的选择
混凝土搅拌站控制系统主要采集的是各种物料的重量信号，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组成部分，由各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传感器的防护等级；④搅拌站的规模和工作类型；⑤称重传感器的准确度。
称重传感器的选型应充分考虑以上一些因素外，还应尽可能兼顾结构简单、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要求，又要兼顾称重传感器的运行环境，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。
混凝土搅拌站要求的传感器额定载荷从1kg～4000kg不等，骨料传感器的称量范围最大，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围、线性度、灵敏度和分辨率后，并且根据搅拌站中称重传感器的运行环境，选用的是ZHSB型悬臂梁称重传感器，如图2.4。
图2.4ZHSB型悬臂梁称重传感器
ZHSB型传感器具有0.05%F.S的精度等级、2±0.002mv/v的灵敏度、0.1%F.S的非线性、±0.05%F.S/30min的蠕变和蠕变恢复、0.05%F.S的滞后和重复性、0.02%F.S/10℃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0.3～25T。
ZHSB型传感器采用剪切结构，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。
[5]
2.4小结
本章对混凝土搅拌站的组成、电控系统的构成以及传感器的选型做了论述，使读者对混凝土搅拌站的硬件系统有了一个大概的了解。
第三章混凝土搅拌站控制系统设计
3.1PLC控制系统设计的基本原则与主要内容
3.1.1设计的基本原则
任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
（1）PLC的选择除了应满足技术指标的要求外，应尽量选择主流机型；
（2）最大限度的满足被控对象的控制要求,设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题；
（3）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便；
（4）保证控制系统的安全、可靠；
（5）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。
[7]
3.1.2设计的主要内容
PLC控制系统是由PLC与用户输写、输出设备连接而成的，用以完成预期的控制目的与相应的控制要求。
因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：
（1）根据生产设备或生产过程的工艺要求，以及所提出的各项控制指标与经济预算，首先进行系统的总体设计。
（2）根据控制要求基本确定数字I/O点和模拟量通道数，进行I/O点初步分配，绘制I/O使用资料图。
（3）进行PLC系统配置设计，主要为PLC的选择。
PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。
选择PLC应包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。
（4）选择用户输入设备（按扭、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），这些设备属于一般的电器元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。
（5）设计控制程序。
在深入了解与掌握控制要求、主要控制的基本方式以及完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和连锁等方面情况之后，对较复杂的控制系统，可用状态流程图形式全面表达出来。
必要时还可将控制任务分成几个独立部分，这样可化繁为简，有利于编程和调试。
程序设计主要包括绘制控制系统流程图、编制语句表达程序清单。
控制程序是控制整个系统工作的条件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。
因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。
[7]
3.1.3PLC控制系统设计流程图
图3.1PLC控制系统设计流程图
3.2PLC系统软件及工作过程
PLC的系统软件是PLC工作所必须的软件。
只有在系统软件的支持下，PLC才能对用户编写的应用程序进行解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新一轮的循环。
PLC的这种工作方式称为循环扫描工作方式。
了解扫描工作方式的工作过程对我们编制更合理的用户程序有很好的帮助。
下面将简要介绍这种工作方式，然后探讨一下在编制程序时的相应的注意事项。
PLC的扫描工作方式主要包括以下几个步骤：
（1）扫描前的自检。
PLC在每次扫描前由系统软件安排一次自检，如果发现故障则发出报警故障及报警性质。
若为一般故障，PLC报警，但不停机；若为严重故障，则停止运行用户程序。
（2）I/O状态的刷新。
包括两种操作：
一是采样输入信号。
PLC的输入是生产现场信号经过输入端子，进行光电隔离以提高抗干扰能力后送入输入缓冲器，当PLC进行输入采样时缓冲器中的内容才送到PLC的输入映像寄存器，每次采样PLC从输入映像寄存器中读取到各输入点的状态，因此输入映像寄存器只有在采样时才会与输入信号一致，其他时间输入映像寄存器的内容将保持不变；二是刷新输出信号。
PLC接收输入后执行用户程序，将运算结果送至输出映像寄存器，在每次用户程序结束后进行刷新，将输出映像寄存器中的运算结果送至输出锁存器，再通过输出驱动电路送到输出端子驱动负载。
与输入相类似，只有在输出刷新时输出状态才改变，刷新后的状态要保持到下次刷新为止。
由于通常来说PLC扫描周期很短（依赖于程序长短和扫描速度），每次I/O刷新间隔很小，所以可以认为其输入输出是及时的。
（3）用户程序的执行。
用户程序执行时，按顺序从零步开始逐步执行直至程序结束。
执行时有监视定时器进行监视，当扫描出现异常而超时，发出报警并禁止所有输出。
（4）执行外设指令。
每次用户程序执行完后，如果外设有中断请求，PLC就进入中断服务程序,否则PLC自动进行循环扫描。
上述便是PLC的工作过程。
从其工作过程可见：
①扫描工作方式，输入、输出原理上存在滞后，而且扫描周期越长，滞后越严重；②扫描周期除了用户程序执行时间还包括PLC自检时间和中断服务时间；③程序合理设计可以很好降低输入输出的滞后时间。
因此，设计程序时要多加考虑程序的合理性，在PLC应用程序编制时，不仅要尽量使用最少的语句实现相同的功能还要力求程序结构和语句顺序的合理性。
PLC采用循环扫描的工作方式，其扫描过程如图3.2所示。
图3.2PLC循环扫描工作方式
3.3可编程控制器的选用
进行PLC选型是，应从以下几个方面进行考虑。
1）I/O点数问题
当控制对象I/O点在60点以内，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点以上是就选用大型PLC。
2）对象I/O类型问题
I/O类型也是决定PLC选型的重要因素之一，一般而言，多数小型PLC只具有开关量I/O；PID、A/D、D/A、位控功能一般只有大、中型PLC才有。
3）联网通信问题
联网通讯是影响PLC选型的重要因素之一，一般而言，小型PLC没有通讯功能。
而大型PLC一般都有各种标准的通信模块可供选择。
4）系统响应时间问题
系统响应时间也是影响PLC选型的重要因素之一，一般而言，小型PLC扫描时间为10-20ms/kb；中型PLC扫描时间在10ms/kb一下；大型PLC扫描时间在1ms/kb以下，而系统响应时间约为2倍的扫描周期。
5）可靠性问题
应从系统可靠性角度，决定PLC的类型和组网形式，比如对可靠性要求极高的系统，可考虑用双CPU型PLC或冗余控制系统/热备用系统。
6）程序存贮器问题
在PLC选型过程中，PLC内存容量、型式也是必须考虑的重要因素。
通常的计算方法是：
I/O点数*8（开关量）+100*模拟量通道数（模拟量）+120*（1+采样点数*0.25）（多路采样控制）。
进行PLC选型时，不要盲目地追求过高的性能指标。
另外，I/O点数，存贮容量应留有一定的余量以便实际工作中的调整。
确定PLC的型号后，就必须对各种模块进行选型，开关量模块的选型主要涉及到如下几个问题：
①外部接线方式问题。
I/O模块一般分为独立式、分组式和汇点式。
通常，独立式的点均价格较高，如果实际系统中开关量输入信号之间不需要隔离可考虑选择后两种。
②点数问题。
前面所说，点数是影响PLC选型的重要因素，同样在进行1/0模块的选型时也必须根据具体点数的多少选择恰当的1/0模块。
一般而言，点数多的点均价就
升级会员 