混凝土攪拌站畢業(yè)設(shè)計

1、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、放料等機構(gòu)部件組成，是一個受多環(huán)節(jié)制約的復(fù)雜系統(tǒng)。而隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，綜合國力不斷增強，國家對基礎(chǔ)設(shè)計建設(shè)的投資力度加大，拉動了城市商品混凝土的高速發(fā)展，同時，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，攪拌站的需求越來越大，計量要求越來越高，于是出現(xiàn)了各種形式帶有計量裝置的攪拌站，從而產(chǎn)生了現(xiàn)代的混凝土攪拌站。本文針對PLC和配料控制控制器結(jié)合控制的攪拌站來設(shè)計其控制及監(jiān)控程

2、序設(shè)計中主要完成的任務(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：混泥土攪拌站；I/O分配；PLC；自動控制ABSTRACTConcrete mixing stations were produced and developed with the birth of cement. It is the construction of the necessary equipment for buildings, bridges, roads, dams and other projects. Its constructed from storage materials,

3、ingredients, stirring, discharge, and other structural components, and it is a subject to the constraints of the complex multi-link system. As China's economic construction and the rapid development, Comprehensive national strength constantly enhance the state's infrastructure construction i

4、nvestment increased to boost the city's 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 fo

5、r 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.Thi

6、s 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 complete a systematic structure, the I/O distribution of PLC，the work flow chart and PLC program.KEY WORDS: concrete mixing station;

7、 the I/O distribution; PLC; automatic control目錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 選題背景及意義11.2 混凝土攪拌站的現(xiàn)狀及發(fā)展方向1混凝土攪拌站的現(xiàn)狀11.2.2 混凝土攪拌站的發(fā)展方向21.3 本論文的主要工作41.3.1 混凝土攪拌站系統(tǒng)簡介41.3.2 混凝土攪拌站系統(tǒng)軟件設(shè)計41.3.3 程序的編譯4第二章 混凝土攪拌站系統(tǒng)概述52.1 混凝土攪拌站的組成52.2 電控系統(tǒng)的構(gòu)成62.3 稱重傳感器的選擇82.4 小結(jié)9第三章 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計103.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與主要內(nèi)容103.1.1 設(shè)計

8、的基本原則103.1.2 設(shè)計的主要內(nèi)容103.1.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖123.2 PLC系統(tǒng)軟件及工作過程123.3 可編程控制器的選用143.4 編程軟件的選擇及編程語言163.4.1 PLC的應(yīng)用軟件163.4.2 編程工具軟件與編程語言173.5 混凝土攪拌站PLC程序設(shè)計173.5.1 混凝土攪拌站PLC程序設(shè)計思想173.5.2 混凝土攪拌站工作原理183.5.3 混凝土攪拌裝置的工藝流程183.5.4 系統(tǒng)初始化程序及主程序設(shè)計193.5.5 報警電路的設(shè)計213.5.6 斷電保護程序設(shè)計213.5.7 I/0分配表和模擬量輸入地址223.5.8 位存儲區(qū)(M)的使用概況

9、233.5.9 定時器(T)的使用概況243.6 小結(jié)24第四章 軟件編程254.1 主程序及報警子程序語句表254.1.1 主程序語句表254.1.2 報警子程序語句表314.2 程序的編譯34第五章 總結(jié)與展望36致謝37參考文獻38附錄1 主程序梯形圖39附錄2 報警子程序梯形圖48第一章 緒論1.1 選題背景及意義可編程邏輯控制器（PLC）自它誕生以來至今，以其極高的性價比以及一系列人所共識的優(yōu)點，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)控制場所，是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)之一。它對工業(yè)的生產(chǎn)提供了良好的控制系統(tǒng)，它的廣泛使用才使

10、得人民不斷增長的物質(zhì)需求得到有力保障。1969年美國DEC公司研制的第一臺PDP-14型PLC。隨后，在二十世紀七十至八十年代一直簡稱PC。由于到90年代，個人計算機發(fā)展起來，也簡稱為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）,簡稱為PLC。PLC在控制領(lǐng)域的應(yīng)用時保持了廣泛的增長趨勢?；炷翑嚢枵咀畛跏且詥螜C的形式出現(xiàn)，各工地自拌自用，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大規(guī)模的開展，商品混凝土的銷售逐漸增大。隨著計算機技術(shù)和測控技術(shù)的發(fā)展，高可靠、高自動化的自動控制系統(tǒng)便成了混凝土攪拌站的發(fā)展方向。在混凝土

11、攪拌站自動控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)采集處理的精確性直接影響到混凝土的質(zhì)量。而在市場競爭日趨激烈的今天，攪拌站自動控制系統(tǒng)的性價比也與企業(yè)的生存緊密的聯(lián)系在一起。因此，研究一種低成本、高可靠性的新型攪拌站自動控制系統(tǒng)，具有極為廣闊的市場前景。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)及其大型水利等工程的不斷發(fā)展,以往那種由工地自行生產(chǎn)混凝土的方式由于其質(zhì)量難以保證、噪聲及粉塵污染大,因而必將為自動控制的混凝土攪拌站所取代。自動控制的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、環(huán)保性能良好等特點,正在成為混凝土生產(chǎn)的主流。因此，混凝土生產(chǎn)過程中攪拌設(shè)備自動控制系統(tǒng)日益受到人們的重視?？删幊炭刂破鳎≒LC）具有可靠

12、性高、功能完善、編程簡單直觀，能夠有效地彌補繼電器控制系統(tǒng)的缺陷。121.2 混凝土攪拌站的現(xiàn)狀及發(fā)展方向混凝土攪拌站的現(xiàn)狀從1903年德國建造世界上第一座混凝土攪拌站以來，商品混凝土作為獨立的產(chǎn)業(yè)已有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，醫(yī)治戰(zhàn)爭的創(chuàng)傷，混凝土攪拌站得到了快速的發(fā)展。目前，德國、美國、意大利、日本等國的攪拌站在技術(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/h300m3/h，對于混凝土生產(chǎn),攪拌站應(yīng)用比較普遍，尤其在大型工程中被采用。我國混凝土攪拌站的研制是

13、從50年代開始的，在其發(fā)展過程中，型式的選擇和主要技術(shù)參數(shù)基本上是根據(jù)用戶要求和參考國外的自由狀態(tài)，國標GB10171-88（混凝土攪拌站分類）和GB10172-88（混凝土攪拌站技術(shù)條件）頒布實施，將混凝土攪拌站的研制和生產(chǎn)納入了標準管理的軌道，為其發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。產(chǎn)品技術(shù)標準和攪拌混凝土標準的要求中，對于混凝土攪拌站的技術(shù)指標已達到發(fā)達國家水平由于我國的城市化進程不斷向前推進，商品混凝土在全國大中城市得到了迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，混凝土攪拌站（樓）也得到了高速發(fā)展。目前我國混凝土攪拌站生產(chǎn)企業(yè)眾多，產(chǎn)品已形成系列化，但技術(shù)水平參差不齊，只有部分產(chǎn)品接近國際先進水平，有些技術(shù)已經(jīng)超過進口混凝土攪

14、拌站的水平，其中部分產(chǎn)品具有自動化程度高、生產(chǎn)能力高、稱量精度高、投資少、攪拌質(zhì)量好，能實現(xiàn)多倉號、多配合比、不間斷地連續(xù)生產(chǎn)以及主機及其主要元器件的國產(chǎn)化程度等優(yōu)點，但我國的混凝土攪拌站（樓）還存在著整體技術(shù)含量不高、普及率不高、地區(qū)差異較大、智能化程度不高和環(huán)保性能低等缺點。在“十二五”期間，我國要建設(shè)一大批大型煤礦、油田。電站、機場、港口、高速鐵路、高等級公路等重點工程，同時也要進行大量的城市道路、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)展混凝土機械的大好時機，作為“一站三車”中的一站，混凝土攪拌站（樓）占有舉足輕重的地位。121.2.2 混凝土攪拌站的發(fā)展方向 智

15、能化智能化是所有機械設(shè)備的最終發(fā)展方向，攪拌站也不例外。當前多數(shù)制造商在這方面都有很大的投入，但只能說還處于一種比較低的智能化狀態(tài)，在這方面，要以更高一種完全意義的智能化為出發(fā)點。 環(huán)?；壳拔覈炷翑嚢枵镜牡铜h(huán)保性要從粉塵、噪聲和污染三個方面加以改進和提高。在粉塵方面要在粉料的輸送途徑中加以控制，如水泥筒倉上采用進口的除塵器、主樓加裝除塵器、螺旋機送料改為風槽送料以及整個站的封閉等都可將粉塵降低到最低程度；可通過提高主機的性能并采取隔音板之類的材料將噪聲減少到最低；在污染方面要通過多種途徑進行，如修建廢水沉淀池以及二次循環(huán)過濾裝置和骨料的二次使用。另外所有的粉狀物料從上料、配料、計量、投料

16、到攪拌出料都在密閉狀態(tài)下進行。攪拌機蓋、水泥計量倉、粉煤灰計量倉的排塵管均與除塵器相連，骨料加注口設(shè)置阻塵板從而降低粉塵排放量。全封閉的攪拌主樓及皮帶輸送機結(jié)構(gòu)極大地降低了粉塵和噪聲對環(huán)境的污染。采用負壓除塵及特種纖維濾布使投料時產(chǎn)生的灰塵完全進入除塵器而不向周圍擴散，而收集到的粉塵又可方便地回收再利用，有效地保護環(huán)境。 高精度化高精度化主要指骨料、水泥、水和外加劑的計量精度，目前精度還有較大的提升空間。計量的高精度化是我國攪拌站的奮斗目標和發(fā)展方向，只有提高了計量精度才能生產(chǎn)出更高標號的高強混凝土來，如何提高計量裝置的精確度是值得探討的一個問題。 標準化攪拌站的標準化是其最終的一個發(fā)展方向，

17、任何設(shè)備都有標準，全球有國際標準，我國也有自己的行業(yè)標準。標準化可從根本上降低產(chǎn)品成本，節(jié)約大量的能耗資源，面對當前緊張的自然資源和高能耗低產(chǎn)出的形勢，我們呼吁相關(guān)行業(yè)主管部門以及大型企業(yè)來推動這項事業(yè)。我國雖然有攪拌站的行業(yè)標準，但遠遠不能適應(yīng)當前攪拌站的發(fā)展速度，標準相對滯后，行業(yè)標準在一定程度上沒有起到引導(dǎo)作用，眾多的生產(chǎn)廠家百家爭鳴，一家一個標準的情況，造成市場混亂，使廣大使用單位投資浪費。 國產(chǎn)化前幾年國產(chǎn)主機的性能不穩(wěn)定，尤其是主機的軸端密封漏油問題不能很好解決，從而長期制約著國產(chǎn)主機的進一步提高。近幾年來我國多家攪拌站生產(chǎn)廠家利用吸收國外主機技術(shù)相繼開發(fā)了多個品牌的主機，如具有意

18、大利技術(shù)的西門主機、仕高瑪主機、德國BHS技術(shù)的主機等，在一定程度上解決了我國目前攪拌主機困繞多年的質(zhì)量缺陷而得不到解決的局面。主要元器件方面目前多采用中外合資或國外獨資制造的電器和液壓元件，如托利多、施耐德、西門子、歐姆龍和力士樂等元器件都已相對較穩(wěn)定，從而使國產(chǎn)站的成本有了大幅度降低，而質(zhì)量上和穩(wěn)定性上并不亞于進口攪拌站。341.3 本論文的主要工作 混凝土攪拌站系統(tǒng)簡介根據(jù)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路對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行詳細的分析、選型和設(shè)計，以便對混凝土攪拌站的硬件系統(tǒng)有一個大概的了解。 混凝土攪拌站系統(tǒng)軟件設(shè)計根據(jù)混凝土攪拌站的工藝流程畫出程序流程圖、

19、進行PLC型號的選擇、I/O端口的分配及寫梯形圖程序，實現(xiàn)混凝土攪拌站控制系統(tǒng)對整個混凝土生產(chǎn)過程的可靠控制。 程序的編譯通過STEP7-Micro/WIN3.2編程軟件對主程序及報警子程序進行編譯和修改，使得程序更加符合設(shè)計的要求。第二章 混凝土攪拌站系統(tǒng)概述2.1 混凝土攪拌站的組成一個全套的攪拌裝置是由許多臺主機和一些輔助設(shè)備組成，它是最基本的組成部分有以下五個：運輸設(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。 圖2.1 混凝土攪拌站示意圖1） 運輸設(shè)備運輸設(shè)備包括骨料運輸設(shè)備、水泥輸送設(shè)備以及水泵等。骨料運輸設(shè)備有皮帶機、拉鏟、抓斗和裝載機等，其中皮帶機是攪拌裝置中最常用

20、的骨料運輸設(shè)備。水泥輸送設(shè)備和添加劑輸送設(shè)備由斗式提升機和螺旋輸送機組成。2） 料斗設(shè)備料斗設(shè)備由貯料斗、卸料設(shè)備（閥門、給料機等）和一些其它附屬裝置組成。料斗設(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)備配合自動秤進行配料。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所。給料機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，大多是氣動的，其結(jié)構(gòu)簡單，卸料能力大，但是只有當物料是完全松散狀態(tài)時，才能比較均勻地控制料流。而采用給料機卸料，就比較容易控制均勻地卸料，給料機都是電動的。閘門的類型很多，但在混凝土攪拌裝置中最常見的是扇形閘門，它由壓

21、縮空氣缸來操縱，骨料（石子和沙）都是采用閘門給料。3） 稱量設(shè)備稱重配料設(shè)備是混凝土生產(chǎn)過程中的一項重要工藝設(shè)備，它控制著各種混合料的配比，稱量配料的精度對混凝土的強度有很大的影響。因此精確、高效的稱重設(shè)備不僅能提高生產(chǎn)率，而且是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高強混凝土的可靠保證。一套完整的稱量設(shè)備包括貯料斗、給料設(shè)備（閘門和給料機）和稱量設(shè)備等。對稱量設(shè)備的要求，首先是準確，其次是快速。攪拌設(shè)備即一般的混凝土攪拌機，沒有提升機裝置和供水裝置。其設(shè)計技術(shù)成熟，在攪拌站設(shè)計中，一般采用標準攪拌機。例如，目前國內(nèi)廠家基本都使用雙臥軸強制式攪拌機，此攪拌機攪拌能力強，攪拌均勻、迅速，生產(chǎn)率高，對于干硬性、塑性及各種配比的

22、混凝土，均能達到良好的攪拌效果。42.2 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)行機構(gòu)等構(gòu)成，如圖2.2。 圖2.2 電控系統(tǒng)的構(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，為攪拌站的整個電控系統(tǒng)帶來了高品質(zhì)的性能，也有利于用戶今后對攪拌站的更新與擴展，作者設(shè)計的混凝土攪拌機的PLC外部接線圖如圖2.3。圖2.3 PLC外部接線圖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05V的模擬輸出接口板，其模擬部分精度適用于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.

23、 執(zhí)行機構(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、攪拌電機等。2.3 稱重傳感器的選擇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，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物重量信號轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號輸出，給稱重儀表顯示重量值，供控制或報警等使用。影響稱重傳感器選型的因素：稱重傳感器選型應(yīng)考慮過負荷因素；可靠性；傳感器的防護等級；攪拌站的規(guī)模和工作類型；稱重傳感器的準確度。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)簡單、體積小、重量輕、價格便宜、易于維修、易于更換等條件。工程機械

24、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行環(huán)境，還要削弱那些對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。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行環(huán)境，選用的是ZHSB型懸臂梁稱重傳感器，如圖2.4。圖2.4 ZHSB型懸臂梁稱重傳感器 ZHSB型傳感器具有0.05%F.S的精度等級、2&

25、#177;0.002mv/v的靈敏度、0.1%F.S的非線性、±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/10的零點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0.325T。ZHSB型傳感器采用剪切結(jié)構(gòu)，抗偏載、抗側(cè)向能力強，具有動態(tài)響應(yīng)快、綜合精度高、防塵、防潮、防水性能好的特點。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)的工程機械，如攪拌站、打樁機、配料秤、料斗秤等。52.4 小結(jié)本章對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做了論述，使讀者對混凝土攪拌站的硬件系統(tǒng)

26、有了一個大概的了解。第三章 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與主要內(nèi)容3.1.1 設(shè)計的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控制對象（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。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：（1） PLC的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標的要求外，應(yīng)盡量選擇主流機型；（2） 最大限度的滿足被控對象的控制要求,設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜索資料，并與機械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題；（3） 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便；

27、（4） 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠；（5） 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當留有裕量。7 設(shè)計的主要內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸寫、輸出設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期的控制目的與相應(yīng)的控制要求。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括：（1） 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以及所提出的各項控制指標與經(jīng)濟預(yù)算，首先進行系統(tǒng)的總體設(shè)計。（2） 根據(jù)控制要求基本確定數(shù)字I/O點和模擬量通道數(shù)，進行I/O點初步分配，繪制I/O使用資料圖。（3）進行PLC系統(tǒng)配置設(shè)計，主要為PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指

28、標起著重要的作用。選擇PLC應(yīng)包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（4）選擇用戶輸入設(shè)備（按扭、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等），這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。（5）設(shè)計控制程序。在深入了解與掌握控制要求、主要控制的基本方式以及完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和連鎖等方面情況之后，對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可用狀態(tài)流程圖形式全面表達出來。必要時還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這樣可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng)流

29、程圖、編制語句表達程序清單。控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。73.1.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖確定控制對象和控制任務(wù)PLC型號與編程軟件的選擇I/O及監(jiān)控地址分配軟件設(shè)計及模擬調(diào)試聯(lián)機調(diào)試修改軟件或硬件符合控制要求？編程技術(shù)文章現(xiàn)場安裝調(diào)試交付使用電氣系統(tǒng)設(shè)計硬件組裝通電實驗正確？NNYY圖3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖3.2 PLC系統(tǒng)軟件及工作過程PLC的系統(tǒng)軟件是PLC工作所必須的軟件。只有在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC才能對用戶編寫的應(yīng)用程序進行解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然

30、后返回到程序的起始又開始新一輪的循環(huán)。PLC的這種工作方式稱為循環(huán)掃描工作方式。了解掃描工作方式的工作過程對我們編制更合理的用戶程序有很好的幫助。下面將簡要介紹這種工作方式，然后探討一下在編制程序時的相應(yīng)的注意事項。PLC的掃描工作方式主要包括以下幾個步驟：(1) 掃描前的自檢。PLC在每次掃描前由系統(tǒng)軟件安排一次自檢，如果發(fā)現(xiàn)故障則發(fā)出報警故障及報警性質(zhì)。若為一般故障，PLC報警，但不停機；若為嚴重故障，則停止運行用戶程序。(2) I/O狀態(tài)的刷新。包括兩種操作：一是采樣輸入信號。PLC的輸入是生產(chǎn)現(xiàn)場信號經(jīng)過輸入端子，進行光電隔離以提高抗干擾能力后送入輸入緩沖器，當PLC進行輸入采樣時緩沖

31、器中的內(nèi)容才送到PLC的輸入映像寄存器，每次采樣PLC從輸入映像寄存器中讀取到各輸入點的狀態(tài)，因此輸入映像寄存器只有在采樣時才會與輸入信號一致，其他時間輸入映像寄存器的內(nèi)容將保持不變；二是刷新輸出信號。PLC接收輸入后執(zhí)行用戶程序，將運算結(jié)果送至輸出映像寄存器，在每次用戶程序結(jié)束后進行刷新，將輸出映像寄存器中的運算結(jié)果送至輸出鎖存器，再通過輸出驅(qū)動電路送到輸出端子驅(qū)動負載。與輸入相類似，只有在輸出刷新時輸出狀態(tài)才改變，刷新后的狀態(tài)要保持到下次刷新為止。由于通常來說PLC掃描周期很短(依賴于程序長短和掃描速度)，每次I/O刷新間隔很小，所以可以認為其輸入輸出是及時的。(3) 用戶程序的執(zhí)行。用戶

32、程序執(zhí)行時，按順序從零步開始逐步執(zhí)行直至程序結(jié)束。執(zhí)行時有監(jiān)視定時器進行監(jiān)視，當掃描出現(xiàn)異常而超時，發(fā)出報警并禁止所有輸出。(4) 執(zhí)行外設(shè)指令。每次用戶程序執(zhí)行完后，如果外設(shè)有中斷請求，PLC就進入中斷服務(wù)程序,否則PLC自動進行循環(huán)掃描。上述便是PLC的工作過程。從其工作過程可見：掃描工作方式，輸入、輸出原理上存在滯后，而且掃描周期越長，滯后越嚴重；掃描周期除了用戶程序執(zhí)行時間還包括PLC自檢時間和中斷服務(wù)時間；程序合理設(shè)計可以很好降低輸入輸出的滯后時間。因此，設(shè)計程序時要多加考慮程序的合理性，在PLC應(yīng)用程序編制時，不僅要盡量使用最少的語句實現(xiàn)相同的功能還要力求程序結(jié)構(gòu)和語句順序的合理性

33、。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，其掃描過程如圖3.2所示。圖3.2 PLC循環(huán)掃描工作方式3.3 可編程控制器的選用進行PLC選型是，應(yīng)從以下幾個方面進行考慮。1） I/O點數(shù)問題當控制對象I/O點在60點以內(nèi)，I/O點數(shù)比為3:2時選用整體式（小型）PLC較為經(jīng)濟；當控制對象I/O點在100-300點左右，選用中小型模塊式的較為合理；當控制對象I/O點在500點以上是就選用大型PLC。2） 對象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

34、選型的重要因素之一，一般而言，小型PLC沒有通訊功能。而大型PLC一般都有各種標準的通信模塊可供選擇。4） 系統(tǒng)響應(yīng)時間問題系統(tǒng)響應(yīng)時間也是影響PLC選型的重要因素之一，一般而言，小型PLC掃描時間為10-20ms/kb；中型PLC掃描時間在10ms/kb一下；大型PLC掃描時間在1ms/kb以下，而系統(tǒng)響應(yīng)時間約為2倍的掃描周期。5） 可靠性問題應(yīng)從系統(tǒng)可靠性角度，決定PLC的類型和組網(wǎng)形式，比如對可靠性要求極高的系統(tǒng)，可考慮用雙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。通常的計算方法是：I/O點數(shù)*8（開關(guān)

35、量）+100*模擬量通道數(shù)（模擬量）+120*（1+采樣點數(shù)*0.25）（多路采樣控制）。進行PLC選型時，不要盲目地追求過高的性能指標。另外，I/O點數(shù)，存貯容量應(yīng)留有一定的余量以便實際工作中的調(diào)整。確定PLC的型號后，就必須對各種模塊進行選型，開關(guān)量模塊的選型主要涉及到如下幾個問題：外部接線方式問題。I/O模塊一般分為獨立式、分組式和匯點式。通常，獨立式的點均價格較高，如果實際系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號之間不需要隔離可考慮選擇后兩種。點數(shù)問題。前面所說，點數(shù)是影響PLC選型的重要因素，同樣在進行1/0模塊的選型時也必須根據(jù)具體點數(shù)的多少選擇恰當?shù)?/0模塊。一般而言，點數(shù)多的點均價就低。開關(guān)量輸

36、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。進行開關(guān)量輸入模塊的選型時必須根據(jù)實際系統(tǒng)運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)實際系統(tǒng)運行要求及要求輸出的電壓等級進行相應(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)測傳感器所提供的開關(guān)量，作為PLC準確控制的依據(jù)。模擬輸入量包括沙料、石料等重量。開關(guān)輸入量有：系統(tǒng)開關(guān)按鈕；攪拌機（翻斗門）的上限位、下限位；沙料箱、石料箱閘門開關(guān)；各種機器故障；報警消鈴；手動回零等。PLC的開關(guān)量輸出有：

37、攪拌機、石料輸送機、沙料輸送機、水泥螺旋輸送機、水泵、添加劑螺旋輸送機、翻斗機、傳送帶等。這些信號經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。本系統(tǒng)需要配置的1/0點如下：2個模擬量輸入, 19個開關(guān)量輸入,22個開關(guān)量輸出。根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項目選擇了西門子的模塊化中小型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)域相當廣泛。其模塊化、無排風扇結(jié)構(gòu)和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得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)濟的方案。S7-200系列所具有的多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的1/0擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊

38、。當任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對PLC進行擴展。SIMATIC S7-200所具備的高電磁兼容性和強抗振動，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還具有模塊點數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。3.4 編程軟件的選擇及編程語言軟件開發(fā)采用與S7-200PLC配套的STEP7-Micro/WIN32編程軟件。該軟件功能強大，界面友好，并有方面的聯(lián)機幫助功能。用戶可利用該軟件開發(fā)PLC應(yīng)用程序，同時也可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。該軟件采用與電氣控制電路圖相呼應(yīng)的梯形圖語言編寫控制程序，信號流清晰明了，便于工作人員閱讀。在

39、設(shè)計輸入輸出點采用集中管理，大大簡化了程序，也有利于軟件的后續(xù)升級和維護。 PLC的應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是指為完成實際的控制任務(wù)而編寫的各種軟件。它與具體的生產(chǎn)工藝緊密相關(guān)，隨著生產(chǎn)工藝的不同而不同。因此，在應(yīng)用軟件的編寫之前編程人員必須深入現(xiàn)場，然后嚴格按照生產(chǎn)工藝的要求來編制控制程序。此外，應(yīng)用軟件與硬件密不可分，他們共同合作，互相彌補來完成生產(chǎn)工藝所要求的控制功能，在進PLC控制系統(tǒng)的研究時同樣要求行軟、硬件的劃分，合理的劃分能使系統(tǒng)簡單可靠、成本低而且便于維護?？傊?，一個系統(tǒng)控制效果和性能的好壞不單單取決于硬件或軟件而是兩者共同作用的結(jié)果。 編程工具軟件與編程語言PLC有多種編程語言：梯形

40、圖、助記符語言、邏輯功能圖、布爾代數(shù)語言和某些高級語言(如Basic、C語言等)。由于梯形圖是沿用電氣控制電路的符號所組合而成的圖形語占，具有易學易用、簡單明了、直觀的優(yōu)點被廣大的工程技術(shù)人員所接受。因此它是現(xiàn)在使用最為廣泛的編程語言之一，幾乎所有廠家的PLC都支持梯形圖編程(雖然各廠家的梯形圖略有差異，但原理和方法都差不多)。由于各廠家的PLC在功能、結(jié)構(gòu)上存在較大差別，在應(yīng)用軟件的編譯上也大不相同。因此沒有適合于各個廠家PLC的編程工具軟件。現(xiàn)在世界上各個PLC廠家都研制了自己的PLC編程支持工具軟件，用戶可以根據(jù)自己所選的PLC來選擇相應(yīng)的編程支持工具軟件。此次課題研究選的是西門子S7-

41、200PLC，因此在進行應(yīng)用軟件的編制時使用的是與S7-200PLC配套的STEP7-Micro/WIN32編程軟件，該軟件支持三種編程語言輸入即：梯形圖（LAD）語言、語句表（STL）語言、功能塊（FBD）圖，而且這三種語言還可以通過該編程軟件進行相互轉(zhuǎn)換。使用梯形圖語言和順序功能圖語言時只需將所需的編程語言元素拖到工作區(qū)便可組成所需的程序，其界面如圖3.3。圖 3.3 編程工具軟件的界面3.5 混凝土攪拌站PLC程序設(shè)計3.5.1 混凝土攪拌站PLC程序設(shè)計思想為了使PLC完成混凝土攪拌站整個生產(chǎn)過程的現(xiàn)場控制功能，PLC需要采集各秤的重量信號及其它傳感器和行程開關(guān)提供的開關(guān)量信號，并對此

42、進行處理后，輸出對電磁閥、電動機等各執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，其具體細節(jié)如下：（1） 石料斗秤、沙料斗秤等由稱重傳感器感應(yīng)的信號分別經(jīng)稱重變送器進入PLC。由于變送器輸出的是并行BCD碼，所以需經(jīng)過程序轉(zhuǎn)換成二進制碼，儲存于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，達到設(shè)定值時停止給料。（3） 由于秤斗上粘附的原料使稱重產(chǎn)生偏差，所以需要進行去皮處理。去皮時，PLC記下此時的重量，此重量即為基準零點。在稱量時用總重量減去基準零點值，得到的就是原料的準確重量。（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，己經(jīng)配好的原料的重量需要具有停電保護功能，所以

43、在程序中，把這些重量信號存在可斷電保持的數(shù)據(jù)寄存器中。（5） 由于攪拌站運行過程中，送料機及攪拌機等難免不出故障，因此，應(yīng)設(shè)計故障報警程序。83.5.2 混凝土攪拌站工作原理攪拌站進行混凝土生產(chǎn)時，首先將骨料分別裝入各自料倉，然后打開石料和沙料的給料閥門分別將骨料投入到秤斗進行稱量，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，然后啟動平皮帶和斜皮帶將骨料卸入集料斗。在骨料配料的同時，攪拌機也開始攪拌，因為同時在利用定時器進行水泥、所需水及添加劑的計量。在混凝土所需的各種材料計量完畢后，控制集料斗和各秤斗開門，以把各種材料裝入攪拌機進行攪拌。在攪拌機運行了規(guī)定的時間后

44、，打開攪拌機的門進行卸料（攪拌站的門先半開，再全開），完成混凝土生產(chǎn)的一個循環(huán)。3.5.3 混凝土攪拌裝置的工藝流程攪拌站在石料、沙料的稱重計量時，系統(tǒng)用分別控制兩個門進行快速粗略和慢速精確的計量，以減少稱量時間和稱量精度。同理，對水的計量亦采用水粗稱閥和水精稱閥進行控制，而水泥、粉煤灰和防凍劑等添加劑則由計量螺旋機從各自料倉送入各自秤斗進行計量。由于整臺設(shè)備生產(chǎn)的連續(xù)性較強，控制系統(tǒng)中，每一個動作的前后時序性都有嚴格的要求，且到達某個狀態(tài)時，必須保證與這一狀態(tài)有關(guān)的動作全部完成，才可以進入下一個狀態(tài)，因此必須通過設(shè)備上安裝的限位開關(guān)和傳感器對各執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)進行監(jiān)控。 系統(tǒng)初始化程序及主程序

45、設(shè)計 根據(jù)工作流程的要求，PLC控制程序執(zhí)行輸出動作時，計算機必須己經(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)部輔助繼電器標志。只有當計算機復(fù)位該標志時，PLC才能確認計算機已處于所要求的狀態(tài)，否則必須關(guān)斷所有輸出負載，進入等待。同理，結(jié)束時，判斷停止條件，所有門、所有閥均已關(guān)閉，集料斗和秤斗均為空，本批攪拌結(jié)束且PLC無輸出動作等，主程序流程圖見圖3.4。圖3.4 主程序流程 續(xù)圖3.4 主程序流程圖 報警電路的設(shè)計由于條件有限，報警電路的設(shè)計較為簡單，利用I2.1I2.7作為各電動機故障信號。程序運行流程圖如圖3.5所示。圖3.5 報警程序運行流程圖 斷電保護程序設(shè)計由于整個設(shè)備的工作流

46、程是連續(xù)循環(huán)進行的，因此斷電之后再起動必須仍然恢復(fù)斷電前的狀態(tài)。程序設(shè)計選擇具有斷電保護的內(nèi)部輔助保持繼電器和數(shù)據(jù)，將氣缸、電磁閥或電機的運行狀態(tài)和參數(shù)進行保存，實現(xiàn)斷電保護，如圖3.6。圖3.6 斷電保護程序流程圖 I/0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Q0.0循環(huán)開始信號燈 I0.1手動開始Q0.1攪拌機I0.2執(zhí)行完本次循環(huán)后停止Q0.2石料輸送機I0.3緊急停止Q0.3沙料輸送機I0.4攪拌機下限位Q0.4水泥螺旋輸送機I0.5攪拌機上限位Q0.5水泵I0.6石料箱閘門狀態(tài)Q0.6添加劑螺旋輸送機I0.7沙料箱閘門狀態(tài)Q0.7翻

47、斗機下翻I1.5石料箱放料完成Q1.0翻斗機上翻I1.6沙料箱放料完成Q1.1傳送帶I1.7報警電路試燈、試鈴Q1.2石料箱放料閘門線圈I2.0消鈴按鈕Q1.3沙料箱放料閘門線圈I2.1攪拌機故障Q1.4所有配料都放入攪拌機指示I2.2石料輸送機故障Q1.5一次循環(huán)結(jié)束指示燈I2.3沙料輸送機故障Q2.0報警鈴聲I2.4水泥螺旋輸送機故障Q2.1攪拌機故障指示燈I2.5水泵故障Q2.2石料輸送機故障指示燈I2.6添加劑螺旋輸送機故障Q2.3沙料輸送機故障指示燈I2.7翻斗機故障Q2.4水泥螺旋輸送機故障指示Q2.5水泵故障指示燈Q2.6添加劑螺旋輸送機故障指Q2.7翻斗機故障指示燈表3.2 模

48、擬量輸入地址AIW2AIW4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/0點數(shù)及其特性，配置如表3.3所示。表3.3 CPL及模塊配置表模塊名稱設(shè)備×數(shù)量輸入輸出點數(shù)CPUCPU226x124I/16O擴展模塊EM222x1 8點DC24V輸出8OEM23lxl 4路模擬量輸入4AIW統(tǒng)計CPU模塊l塊擴展模塊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1/0點。 位存儲區(qū)(M)的使用概況表3.4 位存儲區(qū)(M)的使用概況位存儲區(qū)控制信號位存儲區(qū)控制信號M0.1石料箱放料完信號M1.0添加劑輸送

49、完畢信號M0.2沙料箱放料完信號M1.1所有物料配制完畢信號M0.3關(guān)閉傳送帶信號M1.3完成一次循環(huán)指示燈信號M0.4沙料和石料都放入攪拌機信號M3.0閃爍信號M0.5水泥輸送完畢信號M3.1攪拌機故障消鈴信號M0.6水泵停止送水信號M3.2石料輸送機故障消鈴信號M3.3沙料輸送機故障消鈴信號M3.4水泥螺旋輸送機故障消鈴信號M3.5水泵故障消鈴信號M3.6添加劑螺旋輸送機故障消鈴信號M3.6翻斗機故障消鈴信號以上表格中列出了程序編寫過程中使用到的主要位存儲區(qū)及其控制的信號。3.5.9 定時器(T)的使用概況S7-200PLC的定時器類型有三種：接通延時定時器（TON）、有記憶接通延時定時器

50、（TONR）、斷開延時定時器（TOF）。定時器分辨率（時基）有三種：1ms、10ms、100ms。定時器的分辨率由定時器號決定。本設(shè)計選用的是接通延時定時器（TON），且分辨率均為100ms。根據(jù)設(shè)計要求選用的定時器的使用概況如表3.5所示。表3.5 定時器（T）的使用概況定時器號定時器意義定時時間T37添加劑螺旋輸送機開機時間定時器0.5分鐘T38水泥螺旋輸料機開機時間定時器3分鐘T39水泵電機開機時間定時器5分鐘T40攪拌機攪拌時間定時器5分鐘T41配料完畢指示燈亮的時間定時器10秒T42卸料時間定時器2分鐘T43一次循環(huán)指示燈亮的時間定時器10秒3.6 小結(jié) 本章主要進行混凝土攪拌站系統(tǒng)

51、的軟件系統(tǒng)的設(shè)計。首先分析和探討了PLC的軟件構(gòu)成、PLC程序掃描過程以及PLC應(yīng)用程序的編制方法和編程工具。然后按照上述方法先進行整個軟件的總體設(shè)計，然后分別設(shè)計軟件的各個程序模塊，這樣按照從總體到局部的從上而下的設(shè)計方法完成了整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計。第四章 軟件編程本人使用的是西門子公司開發(fā)的STEP7-Micro/WIN3.2編程軟件進行編程的。4.1 主程序及報警子程序語句表4.1.1 主程序語句表Network 1 / 啟動LD I0.0O Q0.0AN I0.2AN I0.3= Q0.0Network 2 / 手動開始LD I0.1O M0.0A I0.5A I0.6A I0.7A Q

52、0.0= M0.0Network 3 / 攪拌機起?？刂芁D Q1.4O M1.6AN T43= M1.6Network 4 LD M0.0O Q0.1AN M1.6AN I0.3= Q0.1Network 5 / 石料輸送機起停控制LD SM0.0AW>= AIW2, +32000= M2.0Network 6 LD M2.0O M1.4AN T43AN I0.3= M1.4Network 7 LD M0.0O Q0.2AN I0.3AN M1.4= Q0.2Network 8 / 沙料輸送起?？刂芁D SM0.0AW>= AIW4, +32000= M2.1Network 9 LD M2.1O M1.5AN T43AN I0.3= M1.5Network 10 LD M0.0O Q0.3AN I0.3AN M1.5= Q0.3Network 11 LD T42O M1.7AN T43= M1.7Network 12 / 水泥輸輸送機啟?？刂芁D M0.0O Q0.4LPSAN T38AN I0.3AN M1.7=