瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的設計-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在高級公路的建設中，瀝青混凝土稱量是道路交通建設重要生產線之一。瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)自動化程度高，其控制系統(tǒng)的性能直接影響到瀝青混凝土面材料的質量。因而瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的設計是一個具有重要意義的研究課題。</p><p>　　本設計是用利用S7-200型PLC控制瀝青混凝土的稱量。其中

2、詳細介紹了系統(tǒng)的硬件配置以及軟件設計流程圖。本設計完成的主要內容是對整個系統(tǒng)進行設計，繪制出電氣原理圖、選擇電氣元件、統(tǒng)計輸入/輸出點數(shù)，PLC機型及功能控制模塊配置，并且編寫PLC中元件的地址表和繪制用戶程序控制流程圖。外部控制程序的基本實現(xiàn)采用編程的方法，即利用梯形圖來實現(xiàn)方案設計中的各個部分的要求。針對瀝青混凝土稱量的自動控制，我們要達到的預期目標是實現(xiàn)自動控制內容。論文詳細介紹了PLC的基本組成和工作原理。同時介紹了德國西門子S

3、7-200PLC的基本結構、性能和特點。</p><p>　　該控制方案，可靠性高，編程簡單易懂，操作方便，使用壽命長。瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的應用，可以使產品加工質量穩(wěn)定的保持在設計范圍內，適合批量生產，有效降低生產成本，減少人工勞動強度，大幅提高生產效率，以適應市場和用戶的需求。</p><p>　　關鍵詞：瀝青；混凝土；PLC；重量檢測</p><p>&

4、lt;b>　　Abstract</b></p><p>　　In the construction of high-grade highways, the weighing of asphalt concrete is one of the important production lines in the construction of the road traffic. Asphalt co

5、ncrete weighing automatic control system automation is high, the control performance of the system directly affects the quality of asphalt concrete surface material. Thus asphalt concrete weighing automatic control syste

6、m design is a very important research subject.</p><p>　　The design is with the use of S7-200 PLC control of asphalt concrete weighing. The details of the system hardware configuration and software design flo

7、w chart. To complete the design of the main content is to the whole system design, draw electrical schematics, electrical components selection, statistical input / output points, the models and the function of the PLC co

8、ntrol module configuration and write PLC element address table and draw the user program control flow graph. External control pro</p><p>　　The control scheme, high reliability, simple programming, convenient

9、 operation, and long service life. The application of asphalt concrete automatic weighing control system can ensure the stability of the product quality to keep within the scope of design, suitable for mass production, e

10、ffectively reduce the production costs, reduce labor intensity, greatly improve the production efficiency, in order to adapt to the demand of the market and users.</p><p>　　Key words: Asphalt; Concrete; PLC;

11、 Weight measurement</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 題目的背景和意義1</p><p>　　1.2 瀝青混凝土稱量的基本原理1</p><p>　　1.3 瀝青

12、混凝土稱量的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.4 本文主要內容4</p><p>　　2 瀝青混凝土稱量的工藝流程5</p><p>　　2.1 瀝青混凝土稱量的工藝流程5</p><p>　　2.2 瀝青混凝土稱量的工藝參數(shù)5</p><p>　　2.2.1 瀝青混凝土的配比5</p&g

13、t;<p>　　2.2.2 落差量的修正5</p><p>　　2.2.3 瀝青第二次稱量的修正6</p><p>　　2.2.4 系統(tǒng)實時性分析6</p><p>　　2.3 系統(tǒng)控制要求7</p><p>　　3 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)總體方案設計8</p><p>　　3.1 瀝青混凝

14、土稱量自動控制系統(tǒng)的方案比較8</p><p>　　3.1.1 PLC特點8</p><p>　　3.1.2 IPC特點9</p><p>　　3.1.3 繼電器控制特點10</p><p>　　3.2 系統(tǒng)總體方案設計10</p><p>　　3.2.1 上位機監(jiān)控11</p><p&

15、gt;　　3.2.2 PLC控制器12</p><p>　　3.2.3 石料（石粉/瀝青）稱量電路12</p><p>　　3.2.4 A/D轉換12</p><p>　　3.2.5 控制電路12</p><p>　　4 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的硬件設計13</p><p>　　4.1瀝青混凝土稱量自動控

16、制系統(tǒng)PLC的選型及配置13</p><p>　　4.1.1 PLC選型13</p><p>　　4.1.2 西門子S7-200 CPU226簡介14</p><p>　　4.1.3 重力傳感器擴展模塊EM231測重量15</p><p>　　4.1.4 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)I/O接線圖17</p><p&

17、gt;　　4.2 外設元器件的選擇18</p><p>　　4.2.1 稱重傳感器18</p><p>　　4.2.2電磁閥簡介20</p><p>　　4.3 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的電器元件選擇21</p><p>　　5 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的軟件設計23</p><p>　　5.1 瀝青混凝

18、土稱量自動控制系統(tǒng)I/O地址分配表23</p><p>　　5.2 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)程序流程圖24</p><p>　　5.3 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)梯形圖26</p><p>　　5.4 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)調試27</p><p>　　5.4.1 創(chuàng)建項目27</p><p>　　5.

19、4.2 程序的編譯及調試28</p><p><b>　　6 結論28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　謝辭31</b></p><p><b>　　附錄33</b></p>&

20、lt;p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　隨著國民經濟的發(fā)展，中國交通道路網(wǎng)的不斷擴大和延伸，道路的施工生產線也不斷發(fā)展改進。在高級公路的建設中，作為一種面材料的瀝青混凝土，有越來越多的道路設計者們采用這一方式，而瀝青混凝土稱量生產線將承擔起了瀝青混凝土生產的艱巨的使命，它們逐漸成為市場的主流產品[1]。瀝青混凝土稱量生產線是目前道路建設領域的極其重要生產線之一。

21、隨著筑路路面要求提高，對瀝青混凝土的質量提出更高要求：要求系統(tǒng)能連續(xù)工作16h；要求瀝青混凝土的油石配比精確；要求生產過程中的每一拌料具有數(shù)據(jù)備查功能等。</p><p>　　1.1 題目的背景和意義</p><p>　　瀝青路面是用瀝青材料作為粘結材料，結合礦山的材料和地面層、基層和墊層組成的路面結構。由于作為瀝青路面的瀝青結合料，從而提高了礦料間的粘結力，提高混合料的強度、穩(wěn)定性和耐久

22、性一直是路面質量證明[2]。與水泥混凝土路面相比，瀝青路面具有表面平整、無接縫、行車過程中比較舒適、噪聲很低、而且耐磨性好、振動幅度小、施工周期短、方便于保養(yǎng)與維修，適合于分期施工等，因此得到越來越廣泛的應用[3]。</p><p>　　現(xiàn)代的配料稱量控制設備應用比較廣泛, 采用了可編程自動控制技術，成功的避免了早期配料控制系統(tǒng)中存在的接線復雜，查線困難；可靠性差，故障率高；使用、維護和功能擴充不便等缺點，使系統(tǒng)

23、的可靠性和精度大大提高，從而大大地減少了工人操作，降低工人的勞動強度，并提高控制精度[4]，保證了生產質量和生產效率。</p><p>　　隨著國家交通事業(yè)的發(fā)展，公路建設成為重中之重，這也要求各大拌合站要高標準，高質量，高效率地生產瀝青混凝土混合料。早期采用人工配料，速度慢，質量差，不能及時供應建設需求，現(xiàn)在越來越多的配料稱量控制設備投入使用，配料速度快，質量高，完全供應上建設需求，也為拌合站帶來了良好的效益[

24、25]。</p><p>　　1.2 瀝青混凝土稱量的基本原理</p><p>　　圖1-1為瀝青混凝土稱量的原理圖。系統(tǒng)稱量分三路：石料、石粉，瀝青。當系統(tǒng)啟動，若三個料斗都處于關門狀態(tài)，三種材料根據(jù)工程配方開始稱量：石料稱斗先稱取1#石料，當稱量值到，關閉1#石料倉口，接著稱料斗開始稱2#石料，直到2#石料值到，關閉2#石料倉口，接著稱量3#石料，直到3#石料值到，關閉3#料倉門，接著

25、稱量4#石料，直到4#石料值到，關閉4#料倉門；在稱石料的同時，粉料斗與瀝青料斗也開始稱量。粉料斗稱量過程與石料類同，而瀝青斗稱料做了技術處理：瀝青稱量分兩步進行，第一步與石料、石粉同步稱量，稱瀝青所需量的80%，余下20%等石料稱量結束后，根據(jù)石料稱量偏差對瀝青稱量</p><p>　　圖1-1 瀝青混凝土稱量工藝流程圖</p><p>　　作修正，經第二次稱量，實際加入瀝青量的百分比為

26、：0.8X+0.2X+ (石料實際稱量直-石料理論稱量值)X/石料理論稱量值式中X為瀝青在拌料中的百分比[5]。</p><p>　　這種稱料方法對提高產品油石比精度是十分有效的。當三種原料稱料完畢，將石料放入拌缸，延時t1放入瀝青，再延時t2放入石粉。三個稱料斗放完料后再次下一循環(huán)稱料，而拌缸中的料經攪拌一段時間后放入小車，系統(tǒng)按上述工作節(jié)拍周而復始的工作。</p><p>　　1.3

27、瀝青混凝土稱量的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　物料稱量系統(tǒng)是影響混凝土質量和混凝土生產成本的重要組成部分，主要分為骨料稱量、粉體稱量和液稱量。在正常的情況下，每小時20立方米以下的攪拌站采用疊加稱量方式，即用一個天平骨料，水泥和粉煤灰與雙秤，水和液體添加劑分別稱重，然后液體添加劑投入水，說戰(zhàn)斗混合在前進。在每小時50立方米以上的攪拌站，材料的使用獨立稱重，所有的稱重使用電子秤和微機控制[6]。</

28、p><p>　　間歇式攪拌站計量系統(tǒng)：骨料計量：標準型采用增量式測量，提高了電子稱盤減量法計量；粉料計量：水泥我通過粉煤灰計量料斗上方安裝攪拌器，標準型攪拌站用交流接觸器控制螺旋升降，沒有精確的匹配裝置；改進的攪拌站與頻率頻率轉換器實現(xiàn)粗、細和成分。水計量：三點式懸掛式稱重機構，用一個粗、細的電路裝置，保證精度測量的。添加劑計量：傳感器直接負載，用粗、細的電路和儀表盒，單獨的管道布置保證測量的精度[7]。</p

29、><p>　　2003年，河北雙星機械制造有限公司專業(yè)設計制造HZS120型、180型、90、75、60、50等各種型號混凝土攪拌站設備。主機采用強制式雙臥軸攪拌機，可生產塑性、干硬性等多種混凝土，質量可靠。骨料采用電子秤累加計量或單獨計量，水泥、水、添加劑均采用稱量斗，計量準確，計算機集中控制，操作簡單、易調、可靠。骨料采用斗式提升或皮帶輸送兩種上料方式。電器元件性能可靠，生產功率高，適用于現(xiàn)場大批量混凝土生產。整

30、體機采用計算機和可編程控制器控制，自動控制，手動操作，操作簡單，易于掌握。動態(tài)面板顯示，可以清楚地了解每個組件的操作。在同一時間，它可以存儲比，產量數(shù)據(jù)和打印輸出表的統(tǒng)計，強大的管理功能。友好的人機對話功能，對現(xiàn)場管理監(jiān)控提供了強大的應用支持。具有自動誤差補償功能，并能自動完成預定的灌溉生產[8]。</p><p>　　2008年在期刊《可編程控制器與工廠自動化》15卷第3期中，穆光亞發(fā)表了“基于VPIA500S

31、PLC瀝青混凝土攪拌設備模擬演示系統(tǒng)”，系統(tǒng)選用的是德國VIPA 500S PLC。 基于VIPA 500S PLC的模擬演示系統(tǒng)硬件配置簡單,軟件編程和組態(tài)任務小,開發(fā)周期短，自動化程度高，計量精確，模塊化設計，結構合理，節(jié)能環(huán)保，可廣用于高等公路瀝青路面基材料的生產。能夠實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場生產工藝流程和工況的模擬演示。該系統(tǒng)已經在北京德基瀝青混凝土攪拌設備銷售演示和公司員工業(yè)務培訓中廣泛的應用。</p><p>　

32、　2008年山東省濰坊市貝特工程機械有限公司生產的“QLB800—5000”型系列瀝青混凝土攪拌設備自主開發(fā)的具有自主知識產權的瀝青混凝土攪拌設備。該設備的控制技術采用德國西門子PLC，自動化程度高，計量精確，模塊化設計，結構合理，節(jié)能環(huán)保，可廣用于高等公路瀝青路面基材料的生產[9]。</p><p>　　2013年河南陸德筑機股份有限公司生產的“LD50”型強制間歇式瀝青混合料攪拌設備，屬目前國內比較先進的攪拌

33、設備。該設備控制系統(tǒng)采用日本歐姆龍觸摸屏和西門子PLC控制器，可實現(xiàn)自動、半自動及手動控制；控制先進，性能可靠，計量準確，操作方便直觀。</p><p>　　通過上述的情況，可見瀝青混凝土稱重大多采用以PLC為控制核心，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、方便使用，體積小，重量輕，是“唯一的機電一體化產品。隨著工業(yè)自動化的迅速發(fā)展，可編程控制器作為工業(yè)自動化的發(fā)展控制的不可替代的手段，也將緊隨其后的是一個

34、快速發(fā)展[10]。</p><p>　　1.4 本文主要內容</p><p>　　本文的主要工作是介紹瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)，設計瀝青混凝土稱量的控制系統(tǒng)并開發(fā)基于PLC的重量控制器，還在此硬件平臺上進行一定的重量控制算法研究。本文共分五章。第一章主要介紹本課題的研究背景、意義和瀝青混凝土稱量的原理。第二章主要介紹了瀝青混凝土稱量的工藝流程和控制系統(tǒng)的參數(shù)選擇及控制要求。第三章主要介紹

35、控制系統(tǒng)的總體設計。第四章主要介紹控制系統(tǒng)PLC的硬件設計。第五章是本文的重點，主要設計瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)，包括硬件結構和軟件編程。</p><p>　　2 瀝青混凝土稱量的工藝流程</p><p>　　瀝青混凝土稱量的主要組成部分有備料斗、稱量裝置、控制裝置、監(jiān)控裝置和攪拌裝置。對于絕大部分瀝青混凝土稱量控制系統(tǒng)來說，瀝青混凝土的配料都包括兩種大小的石料和兩種大小的石粉以及成品瀝

36、青。整個工藝過程，可以大致分為兩個步驟：稱量和攪拌，每一個步驟對整個工藝處理是否成功來說都很重要。自動控制系統(tǒng)的設計應充分考慮每個步驟的目的和注意事項，設置合格的參數(shù)，以保證瀝青混凝土混合料的質量。</p><p>　　2.1 瀝青混凝土稱量的工藝流程</p><p>　　系統(tǒng)稱量分三路：石料、石粉，瀝青。當系統(tǒng)啟動，若三個料斗都處于關門狀態(tài)，三種材料根據(jù)工程配方開始稱量：石料稱斗先稱取1

37、#石料，當稱量值到，關閉1#石料倉口，接著稱料斗開始稱2#石料，直到2#石料值到，關閉2#石料倉口，接著稱量3#石料，直到3#石料值到，關閉3#料倉門，接著稱量4#石料，直到4#石料值到，關閉4#料倉門；在稱石料的同時，粉料斗與瀝青料斗也開始稱量。粉料斗稱量過程與石料類同，而瀝青斗稱料做了技術處理：瀝青稱量分兩步進行，第一步與石料、石粉同步稱量，稱瀝青所需量的80%，余下20%等石料稱量結束根據(jù)實際情況進行稱量。</p>

38、<p>　　2.2 瀝青混凝土稱量的工藝參數(shù)</p><p>　　瀝青混凝土混合料的質量是產品質量的保證，理想的瀝青混凝土稱量的工藝參數(shù)是多項指標綜合的統(tǒng)一，對瀝青混凝土混合料質量有重要影響的工藝參數(shù)主要有瀝青混凝土的配比、落差量的修正、瀝青稱量的修正等，其中某一個參數(shù)選擇不當，都會導致各種瀝青混凝土混合料質量的缺陷，使瀝青混凝土混合料質量下降。</p><p>　　2.2.1

39、瀝青混凝土的配比</p><p>　　瀝青混凝土稱量采用流量法，主要是避免瀝青混凝土的溫度導致濃度變化在流量法中引起的稱量誤差。為保證瀝青混凝土各配料間的嚴格配比，分兩次稱量，第二次稱量對石料超量進行動態(tài)補償，提高稱量系統(tǒng)的百分比準確性</p><p>　　2.2.2 落差量的修正</p><p>　　由于在瀝青混凝土稱重過程中的滯后，由于進料口和一個稱量料斗容器之

40、間的一定距離，重量達到一定值，控制系統(tǒng)發(fā)送關閉門的命令，料斗電磁閥關閉。但當時有一部分已經離開料斗口還沒有達到稱重料斗容器“自由”的料柱上，當料柱落入稱料斗后，重量超過額定值，柱柱延時滯后變?yōu)槌钭優(yōu)椤奥洳睢?。此外，由于石材形狀不?guī)則，顆粒大小的不同，生產過程中不定期到物料的料斗，使料斗材料的水平不斷地變化，因此，對于每一個時間滯后造成的材料的重量誤差是不一樣的。引起的偏差材料的變化和下降必須予以糾正[11]。</p>&

41、lt;p>　　基于瀝青混凝土材料的雙回滯特性的雙回滯特性的研究，在計算機技術應用于配料過程實時監(jiān)測以純數(shù)學模型為基礎，利用經驗公式對落差預測與計算實現(xiàn)自動校正。具體方法是實現(xiàn)粗稱和精稱，控制系統(tǒng)輸出兩個開關控制一個石料斗閥，啟動兩斗閥打開，當材料被添加到低于額定值接近粗稱閥門為止，小心的補償方法，所有過程中所產生的誤差全部因素歸因于“落差”。在第一次，根據(jù)經驗，設置一個落差的標準值，用額定值和它的差異一半作為控制值，在稱重結束時根

42、據(jù)實際測量值計算實際誤差，以50%的實際誤差作為控制依據(jù)。在結束之后二次稱重并計算出一個新的間落差值和誤差值，實際上是考慮兩者的誤差計算。每一次這樣的校正后，如果稱重次數(shù)越多，則稱量誤差小就越小[11]。</p><p>　　2.2.3 瀝青第二次稱量的修正</p><p>　　第一次瀝青稱量后，剩余的20%根據(jù)石料稱量偏差對瀝青稱量作修正，實際加入瀝青量的百分比為：0.8X+0.2X+

43、(石料實際稱量直-石料理論稱量值)X/石料理論稱量值，式中X為瀝青在拌料中的百分比。</p><p>　　這種稱料方法對提高產品油石比精度是十分有效的。當三種原料稱料完畢，將石料放入拌缸，延時t1放入瀝青，再延時&t2放入石粉。三個稱料斗放完料后再次下一循環(huán)稱料，而拌缸中的料經攪拌一段時間后放入小車，系統(tǒng)按上述工作節(jié)拍周而復始的工作。</p><p>　　2.2.4 系統(tǒng)實時性分析

44、</p><p>　　無論是瀝青的分步稱量還是石料的50%落差修正法，經試驗驗證都是最好、最快的稱量方法。這兩種稱量系統(tǒng)的設計不僅滿足了控制系統(tǒng)的實時性，同時也保證了產品的質量要求。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)控制要求</p><p>　　瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的主要要求和特點：</p><p>　　嚴格遵守瀝青混凝土的物料配料比例

45、。</p><p>　　盡量多次稱量，使落差引起的誤差降到最低。</p><p>　　對瀝青進行分步稱量，減小瀝青稱量引起的誤差。</p><p>　　對系統(tǒng)進行實時性分析，保證產品的質量。</p><p>　　3 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)是一個不是過于復雜

46、的控制系統(tǒng)，運用了重量檢測、控制，電磁閥的開關、通訊技術、邏輯控制等多種先進控制技術對瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)進行控制，為了保證瀝青混凝土的質量，因而對控制系統(tǒng)提出了較高的要求。</p><p>　　3.1 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的方案比較</p><p>　　目前，常用的瀝青混凝土稱量控制器有可編程控制器(PLC)、工控機(IPC)和繼電器控制三種。</p><

47、p>　　3.1.1 PLC特點 </p><p>　　可編程控制器主要由一個中央處理器（中央處理器）、內存（只讀存儲器）、輸入輸出單元（輸入輸出單元）、電源和幾個主要組成部分的程序設計?？删幊炭刂破魇且环N計算機處理器數(shù)字電子，電氣自動控制裝置的核心，它可以說是一種特殊的微型計算機。PLC的具體結構，雖然多種多樣，但基本相同的原則原理，即以微處理器為核心，輔以外圍電路和I/O單元的硬件[12]。其主要特點是：

48、</p><p>　　A.可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能，可編程控制器由于采用現(xiàn)代大型集成電路技術，大量的開關動作不接觸到該半導體電路完成后，采用嚴格的生產工藝，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性[13]。</p><p>　　B.配套齊全，功能完善，適用性強</p><p>　　可

49、編程控制器的開發(fā)，目前已形成了大、中、小型系列產品?？捎糜诠I(yè)控制應用的各種尺寸。除了邏輯功能力外，現(xiàn)代的可編程控制器大多為無線數(shù)據(jù)處理能力強，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來，一大批功能性的可編程控制器的出現(xiàn)，在對位置控制、溫度控制、數(shù)控等工業(yè)控制，以及可編程控制器通訊能力增強和人機界面技術的開發(fā)，采用可編程控制器各種控制系統(tǒng)變得非常簡單，適用于各種工業(yè)環(huán)境[14]。</p><p>　　C.易學易用，深受工程技

50、術人員歡迎</p><p>　　可編程控制器為工業(yè)和礦業(yè)企業(yè)的通用工業(yè)控制計算機、工業(yè)控制設備。界面容易，工程師和工程師的容易接受這種編程語言。梯形圖語言、圖形符號和表達方法和繼電器電路圖是比較接近的，可編程控制器只有一小部分的邏輯控制指令可以方便地控制實現(xiàn)繼電器電路的功能。電子電路不熟悉，為不了解計算機原理和工業(yè)控制計算機打開使用匯編語言的大門[15]。</p><p>　　D.系統(tǒng)的設

51、計、建造工作量小，維護方便，容易改造</p><p>　　可編程邏輯控制器以存儲邏輯代替布線邏輯，大大減少了控制設備與外部之間的連線，使得控制系統(tǒng)的設計和施工周期縮短同時也變得易于維護。更重要的是，在改變生產過程中，實現(xiàn)了改變生產過程可能，這是非常適合于多品種和標準批量化生產的情況[15]。</p><p>　　E.體積小，重量輕，能耗低</p><p>　　以超小

52、型PLC為例，新生產的品種在小于100mm的尺寸，小于150g體重，并且只有幾瓦的功耗。由于小尺寸的機器容易安裝，是實現(xiàn)機械和電氣一體化的理想控制設備[15]。</p><p>　　3.1.2 IPC特點</p><p><b>　　A.可靠性</b></p><p>　　工業(yè)PC具有在小顆粒粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、震動、腐蝕和快速診斷和可

53、維護性，其MTTR（Mean Time to Repair）一般為5min，MTTF10萬小時以上，而普通PC的MTTF僅為10000～15000小時[16]。</p><p><b>　　B.實時性</b></p><p>　　工業(yè)PC對工業(yè)生產過程進行實時在線檢測與控制，對工作狀況的變化給予快速響應，及時進行采集和輸出調節(jié)（看門狗功能這是普通PC所不具有的），遇險

54、自復位，保證系統(tǒng)的正常運行[16]。</p><p><b>　　C.擴充性</b></p><p>　　工業(yè)PC由于采用底板+CPU卡結構，因而具有很強的輸入輸出功能，最多可擴充20個板卡，能與工業(yè)現(xiàn)場的各種外設、板卡如與道控制器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛檢測儀等相連，以完成各種任務[16]。</p><p><b>　　D.兼容性<

55、;/b></p><p>　　能同時利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統(tǒng)，多種語言匯編，多任務操作系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.3 繼電器控制特點</p><p>　　控制功能是通過進行硬件實現(xiàn)控制，元器件多，出點多，易出故障，整體機械運作時間的常數(shù)特別大所以引起實時性誤差，而且控制柜體積過大、并且笨重，容易損壞，使用壽命短，自動控制性

56、能較差，產品價格低廉，維修護理復雜、人工工作量大[17]。</p><p>　　根據(jù)上面的論述我們可以理解到，可編程控制器的硬件決定了它的性能的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)高得多，它是專門為工業(yè)控制場合設計的，因此它的穩(wěn)定性能好，并且人工操作簡單靈活，容易實現(xiàn)控制系統(tǒng)升級和功能模塊擴展。</p><p>　　選用PLC控制瀝青混凝土稱量配料，其硬件接線少、線路設計合理、

57、變成簡單、線路修理簡便，較低的維修率，大大提高了工作效率，而且具有很強的抗干擾能力，確保了控制系統(tǒng)操控的可靠性能。因此采用可編程控制器（PLC）作為該系統(tǒng)的控制器[23]。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)總體方案設計 </p><p>　　瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)

58、主要分為控制器部分和電氣部分，控制器部分主要包括重量的檢測和控制和電磁閥的控制。其系統(tǒng)結構圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)基本結構圖</p><p>　　3.2.1 上位機監(jiān)控</p><p>　　上位機是監(jiān)控軟件所運行的計算機，其功能是用來實現(xiàn)對于整個系統(tǒng)控制性能的管理。它操作較為簡單、思路明確、操作界面人性化。上位機軟

59、件主要包括以下幾個模塊:</p><p>　　A.數(shù)據(jù)采集、存儲模塊</p><p>　　上位機軟機每隔1s向可編程控制器發(fā)送讀重量命令，然后接受控制器返回的質量數(shù)據(jù)，嚴格通過誤差檢測校正以后進行存儲并顯示。</p><p>　　B.實時曲線顯示、歷史曲線顯示功能模塊</p><p>　　監(jiān)控軟件可以顯示重量的變化曲線和歷史曲線，從而可以觀察

60、到系統(tǒng)的增重變化趨勢。</p><p><b>　　C.數(shù)據(jù)查詢模塊</b></p><p>　　上位機存儲的歷史數(shù)據(jù)既可以按照不同的規(guī)則進行查詢以供分析，而且系統(tǒng)的設置參數(shù)也可以進行查詢。</p><p><b>　　D.通訊模塊</b></p><p>　　主要負責與下位機的數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)格式的

61、轉換[23]。</p><p>　　3.2.2 PLC控制器</p><p>　　可編程控制器是瀝青混凝土自動控制系統(tǒng)的核心設備，各稱量電路根據(jù)原料的稱量值是否達到預設值而向PLC的輸入端發(fā)送或者停止發(fā)送電信號，PLC根據(jù)輸入信號自動控制相對應的控制電路從而控制瀝青混凝土配料原比例[24]。</p><p>　　3.2.3 石料（石粉/瀝青）稱量電路</p&g

62、t;<p>　　石料（石粉/瀝青）稱斗先稱取石料（石粉/瀝青），當稱量到額定值時，通過A/D轉換，將信號送入PLC，關閉石料（石粉/瀝青）閥。</p><p>　　3.2.4 A/D轉換</p><p>　　在工業(yè)生產過程中，有許多連續(xù)變化的量，以使編程控制器模擬處理必須實現(xiàn)模擬和數(shù)字之間的A/D、D/A一個轉換，可編程控制器制造商支持生產的一個A/D模數(shù)轉換模塊，進行可編程

63、控制器的模擬量控制。本系統(tǒng)采用西門子專用A/D轉換模塊進行A/D轉換，將采集到的模擬信號轉換成數(shù)字信號送至PLC進行控制[25]。</p><p>　　3.2.5 控制電路</p><p>　　控制電路有石料斗閥、石粉斗閥和瀝青閥控制電路。</p><p>　　4 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　重量控制是瀝青混凝土

64、稱量自動控制系統(tǒng)的核心，直接關系到瀝青混凝土成品料的質量，本章將重點研究瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的控制，分重量的檢測和電磁閥控制兩部分。本方案采用市場占有率最高的西門子S7-200 PLC EM231 4通道模塊進行重量檢測，以達到精確控制。 </p><p>　　4.1 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)PLC的選型及配置</p><p>　　本節(jié)主要對瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)所使用的控制器

65、，重量傳感器和控制電路作出介紹。</p><p>　　4.1.1 PLC選型</p><p>　　S7 - 200系列PLC是一種新的小型PLC西門子公司。結構緊湊,可擴展性好,指令功能強、價格低廉,已成為當代各種小理想型控制工程的控制器[23]。s7 - 200 PLC包含一個單獨的S7 - 200 CPU和各種可選的擴展模塊,控制器可以很容易地由不同的規(guī)模。在其控制的大小從幾點到數(shù)百點

66、。PLC S7 - 200 PLC可以輕松構造PLC-PLC網(wǎng)絡和微機PLC網(wǎng)絡,以完成更大的項目。STEP7-Micro/WIN32編程軟件可以很容易地在Windows環(huán)境中對PLC編程,調試,監(jiān)控,使PLC編程更方便快捷?？梢哉f,S7 - 200完全可以滿足各種需求的小型控制系統(tǒng)[15]。</p><p>　　目前主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四種系列S7-200PLC，其性能差

67、異很大。這些性能直接影響到PLC的控制規(guī)模和PLC系統(tǒng)的配置。</p><p>　　簡化的系統(tǒng)信號分析系統(tǒng)的開關輸入信號為9個，開關量輸出信號為11個，模擬信號為3個，指的是石料、瀝青和石粉的重量信號。選擇可編程控制器必須配置模數(shù)轉換模塊、功能模塊和數(shù)據(jù)操作需要可編程控制器模塊具有特殊的命令和數(shù)據(jù)處理指令。</p><p>　　綜上所述，選用24輸入/16輸出的西門子S7-200 CPU2

68、26CN型可編程序控制器和4通道的EM231模擬量輸入輸出擴展模塊[19]。</p><p>　　如圖4-1所示PLC外部結構圖。</p><p>　　圖4-1 PLC結構圖</p><p>　　4.1.2 西門子S7-200 CPU226簡介</p><p>　　可編程序控制器西門子S7-200 CPU226簡介如表4-1所示。</p

69、><p>　　表4-1 西門子S7-200 CPU226簡介</p><p><b>　　續(xù)表4-1 </b></p><p>　　4.1.3 重力傳感器擴展模塊EM231測重量</p><p>　　為了應用方便，西門子公司專門開發(fā)了重量傳感器擴展模塊EM231，共有兩種型號：EM231 4通道模塊和EM231 8通道重量傳

70、感器模塊。重量傳感器擴展模塊內置了濾波、放大、A/D轉換電路，不再需要另外使用重量變送器并且有多路轉換器，因此可以直接將3路傳感器信號引入PLC這樣可以直接把重量傳感器信號引入PLC進行測量[20],如表4-2所示。</p><p>　　表4-2 EM231模塊的技術參數(shù)</p><p><b>　　續(xù)表4-2 </b></p><p>　　4

71、.1.4 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)I/O接線圖</p><p>　　如圖4-2所示，連接PLC外圍電路，重量通過EM231模擬量輸入輸出擴展模塊檢測并輸入PLC， 從左到右3個重量傳感器依次檢測石料、石粉、瀝青的重量，PLC輸入端接無瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)啟動開關SB1，SB2為停止開關，輸出端Q0.0-Q1.0依次為石料1電磁閥、石料2電磁閥、石粉1電磁閥、石粉2電磁閥、瀝青閥、稱量石料斗閥、稱量石粉斗閥

72、、稱量瀝青斗閥和拌缸閥。</p><p>　　圖4-2 瀝青混凝土稱量自動給控制系統(tǒng)I/O接線圖</p><p>　　4.2 外設元器件的選擇</p><p>　　主控器已經選擇完畢，接下來我們要選擇外設器件。外設器件包括重量傳感器、電磁閥、開關按鈕等，外設器件的選擇影響到瀝青混凝土的質量。所以選擇需慎重。</p><p>　　4.2.1 稱

73、重傳感器</p><p>　　稱重傳感器實現(xiàn)了快速、準確的對材料進行稱量,它是測量精度的關鍵部件,現(xiàn)在除了特殊目的,超過90%使用電阻應變式稱重傳感器。</p><p>　　四片電阻應變片分別粘在傳感器梁的上下平面，即連成惠斯登電橋。稱重傳感器電氣原理圖如圖4-3所示，圖中R1-R4為電橋測量電阻應變片；RD初始不平衡補償電阻；RT零點溫度補償電阻；RB輸出靈敏度溫度補償電阻。稱重傳感器的

74、激勵電壓為10V，稱重傳感器的靈敏度為1-1.5mV，則稱重傳感器的額定載荷下的輸出電壓為10-15mV[18]。</p><p>　　圖4-3 稱重傳感器電氣原理圖</p><p>　　當被測物的重量通過傳感器直接作用在粘有電阻應變片的彈簧梁上時，使其彎曲變形，梁相對變形大小正比于外加載荷。同時粘在梁上、下平面上的電阻應變片同步產生電阻應變，且與梁變形成正比。粘在梁平面的R1、R2電阻應

75、變片阻值增加，R3、R4應變片阻值減小，故電橋失去平衡，對角端有不平衡電壓輸出，其輸出電壓正比于被測物質量[18]。</p><p>　　TJH-5B懸梁式稱重傳感器簡介如表4-3所示。</p><p>　　表4-3 TJH-5B懸梁式稱重傳感器參數(shù)簡介</p><p><b>　　續(xù)表4-3 </b></p><p>

76、　　4.2.2 電磁閥簡介</p><p>　　電動V型球閥是由截止閥演變而來的。它具有相同的提作用，都是旋轉90度，不同的是，旋塞體是一個球體，有圓形孔或通道通過它的軸，和球體和開口的比例應該是這樣的，當球是旋轉90度，在出口，出口都呈球形，從而切斷流量[18]。</p><p>　　電磁式閥的原理是靠旋轉閥使閥門流通或閉塞，氣動閥開關方便，體積小，可制成大直徑[19]，而且還有以下幾個

77、有點：</p><p>　　流體阻力小，去阻力系數(shù)與同長度的管段相等。</p><p>　　結構簡單、體積小、重量輕。</p><p>　　緊密可靠，目前球閥的密封材料廣泛使用塑料，密封性好。</p><p>　　操作方便，開閉迅速。</p><p><b>　　維修方便。</b></p&g

78、t;<p>　　介質通過時，不會引起閥門密封面的腐蝕。</p><p>　　適用范圍內，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空到高壓力都可應用。</p><p>　　2KHV73W-10P-DN200型電磁閥的參數(shù)如表4-4所示。</p><p>　　表4-4 2KHV73W-10P-DN200型電磁閥的參數(shù)</p><p>　　

79、4.3 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的電器元件選擇</p><p>　　如表4-5所示為電氣元件列表。</p><p>　　表4-5 電氣元件列表</p><p><b>　　續(xù)表4-5 </b></p><p>　　5 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　軟件設計是實現(xiàn)硬件的

80、控制功能，硬件設計完成之后，應進行軟件設計，編程的優(yōu)良同時也決定了控制性能的優(yōu)良，只有合適的程序才能使系統(tǒng)發(fā)揮出最大的優(yōu)勢，質量檢測和電磁閥的控制是由可編程控制器PLC編程實現(xiàn)[20]。</p><p>　　5.1 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)I/O地址分配表</p><p>　　如表5-1元件的I/O地址分配表。如表5-2所示內部元件地址表。</p><p>　　表

81、5-1 元件的I/O地址分配表</p><p>　　表5-2 內部元件數(shù)據(jù)表</p><p><b>　　續(xù)表5-2 </b></p><p>　　5.2 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　根據(jù)稱量控制要求，設計瀝青混凝土稱量系統(tǒng)控制程序流程圖。當系統(tǒng)開始稱料，石料1、石粉1、瀝青三種料同時稱取后

82、，其中瀝青稱量分兩步完成：第一步稱取總量的80%；第二不稱量必須在石料稱量完成后，根據(jù)石料實際稱量的偏差，對瀝青第二次稱量理論稱取值做修正后進行，整個過程按條件分步完成[21]。由于使用步進指令能方便的實現(xiàn)順序、分支和并行控制，則步進指令十分適合本系統(tǒng)控制要求。如圖5-1是以不僅指令S狀態(tài)寄存器為步進標志的控制程序流程圖，程序由初始化和并行稱量分支控制組成。初始化程序主要完成開機時對一些特殊模塊工作方式設置及某些初始狀態(tài)設置，一旦初始化

83、設置完成，程序運行不再反復對特殊功能模塊寫控制字[22]。</p><p>　　圖5-1 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　5.3 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)梯形圖</p><p>　　系統(tǒng)啟動，S0.0置1，當瀝青、石粉、石料稱斗都已經關閉，才允許三種材料同時稱量。S1.1上跳沿使M9.1接通一個掃描周期，石料1和石料2實際稱量寄存器清零。

84、置Q0.0為1，打開石料1閥門。將A/D CH1采入石料1重量與石料1定值作比較，重量大于等于給定值，Q0.0復位，關閉石料1斗閥，石料1關門后延時2秒。將計入落差的石料1重量存到D1.0寄存器。S1.1置零，S1.2置1。S1.2上跳沿使M9.2接通一個掃描周期，置Q0.1為1打開石料2的閥，將A/D CH1采入的石料1+石料2重量與石料1+石料2的給定值比較，實際重量大于給定重量，Q0.1復位，關石料2閥。石料2關閥延時2秒，石料1

85、+石料2重量寄存到D2.0。S1.2狀態(tài)置零，S1.3狀態(tài)置1，轉下一步工作，S1.3上跳沿使M9.3接通一個掃描周期，石料實際重量-石料理論重量寄存到D1.3，瀝青給定值（Y）寄存到D1.3，瀝青給定值/石料給定值（Y）寄存到D1.3，瀝青修正給定值=寄存到D1.3，置M1.0允許瀝青補充修正值，若瀝青和石料稱量都完成，且拌缸門關好，S1.4狀態(tài)置1，S1.3狀態(tài)置0，允許瀝青補稱修正值標志M1.</p><p&g

86、t;　　5.4 瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)調試</p><p>　　本次設計采用以西門子公司的可編程控制器STEP 7-Micro/Win進行實驗。</p><p>　　首先在WINDOWS環(huán)境下打開STEP 7-Micro/Win軟件，向軟件中輸入程序，待程序輸入完畢將其變換后寫入PLC中。寫入完畢后，打開菜單欄中仿真軟件，將程序下載在到軟件當中，運行軟件實現(xiàn)對PLC過程的監(jiān)控功能[25

87、]。根據(jù)實驗要求，動作相應開關，模擬瀝青混凝土稱量自動控制系統(tǒng)的工作過程。在實驗過程中要注意觀察程序運行的變化過程。</p><p>　　若輸入的程序有問題，對程序進行修改，經變換后再寫入PLC中調試。</p><p>　　5.4.1 創(chuàng)建項目</p><p>　　如圖5-2所示，設定PLC類型。</p><p>　　圖5-2 PLC類型設

88、定</p><p>　　5.4.2 程序的編譯及調試</p><p>　　當程序編寫完成后，要進行驗證編寫的程序是否有錯誤，當然最好是分開進行，減少錯誤量，例如先編寫溫度檢測主程序，進行調試，再編寫溫度檢測子程序，再調試等。所有的程序編寫完成后再統(tǒng)一調試，并下載到模型機里面進行聯(lián)機調試，直至錯誤為零。</p><p><b>　　6 結論</b>

89、;</p><p>　　畢業(yè)設計是對以往所學知識的一次綜合運用，是對個人學習能力一次檢驗，也是一次再學習的過程。做畢業(yè)設計需要對以前學過的專業(yè)知識的復習鞏固，并且加深了解；同時對于論文中的相關領域和一些實際應用問題，通過大量翻閱書籍，上網(wǎng)以及其他渠道查找相關資料、向指導教師和相關工作人員請教，達到拓寬了自己的知識面的效果。理論聯(lián)系實踐，可在一定程度上提高專業(yè)技能，熟練掌握后，可以有更多的就業(yè)選擇。</p&g

90、t;<p>　　在此次畢業(yè)設計過程中首先暴露出來的問題是自身知識儲備的不足，如傳感器技術，過程控制、PLC原理、自動控制原理、電路，等知識遺忘了很多，更確切的說沒記住多少。另一問題是對論文的總體駕馭能力欠缺，從畢業(yè)論文的選題、搜集與課題相關資料、確定總體方案到正文的反復推敲修改，尤其在寫論文初期感到深深的迷茫，不清楚到底要做些什么，哪些方面要重點介紹，處于混沌狀態(tài)，在張新玉老師的幫助下，我才漸漸理清了設計思路，最終完成本次

91、論文設計。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，我學到了很多的原課本上沒有涉及的知識。經過張新玉老師的較為嚴格要求與細心地指導，使我學會了關于工程實踐方面的知識，像PLC編程、元器件選型以及畫電氣原理圖等，同時也深深體會到，做每一個工作都要認真，這是對工作的負責，也是對自己的負責，在編寫論文過程中，論文的結構是環(huán)環(huán)相扣的，中間如果有一步是錯誤的，接導致下面的工作都錯誤，事倍功半。經過此次畢業(yè)設計，我也發(fā)現(xiàn)了我很

92、多的缺點，做事不夠認真、不細心，缺少耐心和恒心，這將在今后的生活中形象我的生活，在今后的學習生活中，努力克服自己的這些缺點，做一個干一行愛一行鉆一行的努力青年。</p><p>　　最后，由于水平有限，此論文中還有很多不完美之處，希望在以后的學習中不斷地完善和改進。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 位少

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105、ce and Technology ,2015, 7(1): 28-31 </p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　本畢業(yè)論文是在張老師的嚴格要求和悉心指導下完成的，首先要感謝導師張新玉老師對我的細心加耐心的指導。張老師非常隨和熱情，治學嚴謹又不失語言上的幽默，學識淵博，師德高尚，是我學習上的標桿，工作上的榜樣。從開始的論文的選題、確定課

106、題、擬定提綱，到論文正文的推敲修改，一直到定稿，老師一如既往的認真負責地給予我深刻而細致地指導，提出了許多有價值的指導，讓我受益匪淺；張新玉老師在對待學術問題上，刻苦學習，勤奮務實的作風給我留下了深刻的印象，將永遠激勵著我。也正是在張新玉老師的無私幫助與鼓勵下，我的畢業(yè)論文才得以順利完成。</p><p>　　感謝院系領導以及在大學四年中給我們授課的所有老師們，為我提供了學習的平臺和展現(xiàn)自我的舞臺，傳授給了我很多

107、很多的專業(yè)知識的同時，也讓我學會了很做做人做事的道理和方法，讓我看到了世界的精彩，更好的步入社會。</p><p>　　感謝陪伴我度過大學四年美好時光的同學、朋友們，前進的道路一路有你相隨，有了你們我的人生變得更加豐富多彩。</p><p>　　最后，感謝所有關心、支持、理解和幫助過我的人。</p><p><b>　　附錄</b></p