1、學學 號：號：3040419234 題目類型：題目類型：設設 計計 (設計、設計、 論文、報告論文、報告) 桂桂林林工工學學院院 guilin university of technology 本本科科畢畢業業設設計計( (論論文文 ) ) 題題 目：目：基于基于 plcplc 的混凝土攪拌機的混凝土攪拌機 控制及監控程序設計控制及監控程序設計 系系 ( ( 院院 ) )：電子與計算機系電子與計算機系 專業專業( (方向方向) )：自動化（控制）自動化（控制） 班班 級：級：自動化自動化 04-204-2 班班 學學 生：生： 指指導導教教師師 ： 20082008 年年 5 5 月月 101

2、0 日日 基于基于 plc 的混凝土攪拌站控制及監控程序設計的混凝土攪拌站控制及監控程序設計 摘要：混凝土攪拌站是隨著水泥的誕生而產生和發展的。它是建筑、橋梁、道路、大 壩等工程施工中的必備設備，它由貯料、配料、攪拌、放料等結構部件組成，是一個 受多環節制約的復雜系統。而隨著我國經濟建設的高速發展，綜合國力不斷增強，國 家對基礎設施建設的投資力度加大，拉動了城市商品混凝土的高速發展，同時，使混 凝土攪拌站有了較大的發展空間，最初攪拌站僅以單機的形式出現，混凝土自拌自用， 隨著基礎設施建設大規模的開展，產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，于是出現了各種不同形式帶

3、有計量裝置的攪拌站，從而產 生了現代的混凝土攪拌站。 常見的混凝土攪拌站控制方式有繼電器直接控制、plc 和計算機結合以及 plc 和 配料控制器結合 3 種控制方式。采用 plc 和配料控制器結合控制的攪拌站性能可靠、 性價比高，可以保證混凝土的質量，提高混凝土生產效率。作為混凝土攪拌站的核心， 控制及監控程序在計量精確、控制可靠、管理方便等方面的要求也日益提高。 本文針對 plc 和配料控制器結合控制的攪拌站來設計其控制及監控程序設計中主 要要完成的任務有系統構造、plc 的 i/o 分配、工作流程圖及 plc 程序的編寫。 關鍵詞關鍵詞:混凝土攪拌站；i/o 分配；可編程控制器（plc）

4、 ；自動控制 thethe designingdesigning ofof thethe controllingcontrolling andand monitoringmonitoring programprogram forfor concreteconcrete mixingmixing stationsstations whichwhich basedbased onon plcplc student:li cheng-hai teacher:qin yan-zhi abstract:concrete mixing stations were producted and develop

5、ed with the birth of cement. it is the construction of the necessary equipment for buildings, bridges, roads, dams and other projects.itsconstructed from storage materials, ingredients, stirring, discharge, and other structural components,and it is a subject to the constraints of the complex multi-l

6、ink system. as chinas economic construction and the rapid development, comprehensive national strength constantly enhance the states infrastructure construction investment increased to boost the citys rapid development of ready-mixed concrete, so that the concrete mixing stations have larger space f

7、or development, the initial mixing station only in the form of stand-alone, self-mix concrete-occupied, with the construction of infrastructure facilities for large- scale, a lot of ready-mixed concrete market was developed, the demand for mixing stations are larger and larger, and measures are incr

8、easingly demanded, so the mixing stations with various forms of measurement devices were developed, thereby the modern concrete mixing station was created. common concrete mixing stations control ways may be the three kinds: relay direct control, plc and computer combination of ingredients and the p

9、lc and controller combination.but plc controller and a combination of ingredients control of the mixing station is reliable, cost-effective and can ensure the quality of concrete, increase the production efficiency. as the core of concrete mixing stations, the controlling and monitoring program in t

10、he measurement precise, reliable control, easy management and other aspects is increasingly demanded. this 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 complet a systematic struc

11、ture, the i / o distribution of plc and prepar the work flow chart and plc program. keykey wordswords:concrete mixing station; the i / o distribut- ion;programmable logic controller(plc); automatic control 目錄目錄 1 緒緒 論論.1 1.1 選題背景及意義 .1 1.2 混凝土攪拌機的現狀及國內市場分析12.1 1.3 本論文的主要工作 .2 1.3.1 混凝土攪拌站系統硬件設計.2 1.

12、3.2 混凝土攪拌站系統軟件設計.2 1.3.3 程序的調試.3 2 混凝土攪拌站概述混凝土攪拌站概述.4 2.1 混凝土攪拌站的組成 .4 2.2 電控系統的構成 .5 2.3 傳感器的選擇 .8 2.4 小結 .9 3 混凝土攪拌站控制系統設計混凝土攪拌站控制系統設計.9 3.1 控制系統設計的基本原則及步驟17.9 3.2 可編程控制器綜述及其選用16.10 3.2.1 可編程控制器的特點.11 3.2.2 plc 的工作原理1516.12 3.2.3 可編程控制器的選用及組態軟件選擇.14 3.2.3.1 可編程控制器的選用.14 3.2.3.2 組態軟件選擇.16 3.3 混凝土攪拌

13、站 plc 程序設計.17 3.3.1 混凝土攪拌站 plc 程序設計思想.17 3.3.2 混凝土攪拌裝置的工藝流程.18 3.3.3 系統初始化程序及主程序設計.18 3.3.4 報警電路的設計.21 3.3.5 斷電保護程序設計.21 3.3.6 i/o 分配表和模擬量輸入地址.22 3.3.7 位存儲區（m）的使用概況.24 3.4 小結 .25 4 程序調試程序調試.26 4.1 仿真調試的準備工作.26 4.2.1 系統初始化程序及主程序調試.28 4.2.2 報警程序的調試.29 4.2.3 模擬量處理.30 4.3 小結 .31 5 結論與展望結論與展望.32 致謝致謝.33

14、參考文獻參考文獻.34 附錄附錄.35 附錄 1 主程序梯形圖 .35 附錄 2 報警子程序梯形圖 .44 1 1 緒緒 論論 1.1 選題背景及意義選題背景及意義 可編程序邏輯控制器（plc）自它誕生以來至今，以其極高的性能價格比以及一系 列人所共識的優點，受到越來越多的工程技術人員的重視。它現在被廣泛用于汽車生 產、石油生產、it 制造、家電制造廠等工業控制系統場所，是現代制造業發展的重要 技術之一。它對工業的生產提供了良好的控制系統，它的廣泛使用才使得人民不斷增 長的物質需求得到有利保障。 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

15、年代一直簡稱為 pc。由于到 90 年代，個人計算機發展起來，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 在控制領域的應用是保持了廣 泛的增長趨勢。 隨著我國經濟建設的高速發展，許多大型的基礎工程及建筑工程相繼開工。建設優 質的工程需要高品質的混凝土，而且隨著人們環保意識的加強，為了減少城市噪音和 污染，交通和建筑竹理部門要求施工用的混凝土集中生產和管理。這樣，不僅要求 混凝土的配料精度高，而目要求生產速度快，因此，混凝土生產過程中攪拌設備自動 控

16、制系統日益受到人們的重視。可編程控制器(plc)具有可靠性高、功能完善、編程簡 單且直觀，能夠有效地彌補繼電器控制系統的缺陷。 1.2 混凝土攪拌機的現狀及國內市場分析混凝土攪拌機的現狀及國內市場分析12 從 1903 年德國建造世界上第一座預拌混凝土攪拌站以來，商品混凝土作為獨立的產業 己有 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。 二次大戰后，尤其是 60 年代到 70 年代，由于各國抓緊發展經濟，醫治戰爭的創傷， 混凝土攪拌站得到了快速發展。目前，德國、美國、意大利、日本等國家的攪拌站在 技術水平和可靠性方面處于領先地位。國外生產的攪拌站一

17、般生產率在 50m3/ h300m3/h，對于商品混凝土生產，攪拌站形式應用比較普遍，尤其在大型工程中被 采用。我國混凝土攪拌站(樓)的研制是從 50 年代開始的，在其發展過程中，型式的選 取和主要技術參數基本上是根據用戶要求和參考國外產品的自由狀態。國標 gb10171- 88(混凝土攪拌站(樓)分類和 gb 10172-88(混凝土攪拌站(樓)技術條件的頒布實 施，將混凝土攪拌站(樓)的研制和生產納入了標準管理的軌道，為其發展奠定了基礎。 產品技術標準和預拌混凝土標準的要求中，對于混凝土攪拌站(樓)的技術指標己達到 發達國家水平。當今國內生產的混凝土攪拌站質量迅速提高，逐步取代了進口攪拌站

18、， 在國內已經占主導地位，其控制系統也得到快速發展。國內大型混凝土攪拌站生產廠 商包括:三一重工、珠海志美、上海華建、南方路機等。自八十年代以來，我國混凝土 機械有兩次戰略性產品結構調整，對行業的發展起到了舉足輕重的作用：一是八十年 代初期混凝土攪拌機的升級換代，由雙錐反轉型、立軸和臥軸強制式混凝土攪拌機替 代鼓筒型攪拌機，現在這三大系列產品的技術性能己達到國外同類機型的先進水平， 從質量到數量上基本滿足了國內需求;二是八十年代末到九十年代初“發展一站三車 (即混凝土攪拌樓(站)、混凝土攪拌輸送車、臂架式混凝土泵車和散裝水泥車)，把我 國商品混凝土機械搞上去”的戰略，推動了混凝土機械行業的第二

19、次產品結構調整， 反映了混凝土機械行業穩定、持續、全面發展的深層次要求。經過科研院所和生產企 業的共同開發，適時引進國外先進的混凝土泵和混凝土攪拌輸送車技術，使我國在商 品混凝土機械的設計、制造能力和水平都有了很大提高，一些產品已有批量生產，其 技術水平與當今世界水平同步，減少了進口，節約了外匯，取得了較好的經濟效益和 社會效益。在“十五”乃至 2010 年期間，我國要建設一大批大型煤礦、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 鎮住宅的開發與建設，這都需要大量的混凝土。所以現在正是大力發展混凝土機械的 大好時機，作為“一站三車”中的一站，混凝土

20、攪拌樓(站)占有舉足輕重的地位。 1.3 本論文的主要工作本論文的主要工作 1.3.1 混凝土攪拌站系統混凝土攪拌站系統簡介簡介 根據控制系統的總體設計思路對混凝土攪拌站的組成、電控系統的構成、稱重傳 感器等硬件進行詳細的分析、選型和設計，以便對混凝土攪拌站的硬件系統有一個大 概的了解。 1.3.2 混凝土攪拌站系統軟件設計混凝土攪拌站系統軟件設計 根據混凝土攪拌站的工藝流程畫出程序流程圖、進行 plc 型號的選擇、i/o 端口 的分配及寫出梯形圖程序，實現混凝土攪拌站控制系統對整個混凝土生產過程的可靠 控制。 1.3.3 程序的調試程序的調試 通過仿真軟件對初始化程序、報警程序、斷電保護程序

21、進行調試和修改，使得程 序更加符合設計的要求。 2 2 混凝土攪拌站混凝土攪拌站系統概述系統概述 2.1 混凝土攪拌站混凝土攪拌站的組成的組成34 34 一個全套的攪拌裝置是由許多臺主機和一些輔助設備組成，它最基本的組成部分 有以下五個:運輸設備、料斗設備、稱量設備、攪拌設備和輔助設備，如圖 2-1： 石料箱沙料箱 沙料輸送機石料輸送機 添加劑螺旋輸料機 水泥螺旋輸料機 水泵電機 沙料重量傳感器 石料重量傳感器 放料閘門 傳送帶 翻斗倒成品時下限位 上料時上限位 攪拌機 圖圖 2-12-1 混凝土攪拌站示意圖混凝土攪拌站示意圖 1）運輸設備 運輸設備包括骨料運輸設備、水泥輸送設備以及水泵等。骨

22、料運輸設備有皮帶機、 拉鏟、抓斗和裝載機等，其中皮帶機是攪拌裝置中最常用的骨料運輸設備， 。水泥輸送 設備和添加劑輸送設備由斗式提升機和螺旋輸送機組成。 2）料斗設備 料斗設備由貯料斗、卸料設備(閘門、給料機等)和一些其它附屬裝置組成。料斗 設備在生產中起著中間倉庫的作用，用來平衡生產。在混凝土攪拌裝置中，用料斗設 備配合自動秤進行配料。所以，它是工藝設備的組成部分，并不是大宗物料的貯存場 所。 根據制作貯料斗所用的材料不同，貯料斗分為鋼貯斗、鋼筋混凝土貯斗、木貯斗 等;從外形上分，常用的有方形和圓形。圓形貯斗又叫筒倉。 給料機和閘門都是貯料斗的卸料設備。閘門控制貯料斗卸料口的開啟和關閉的，

23、大多是氣動的，其構造簡單，卸料能力大，但是只有當物料是完全松散狀態時，才能 比較均勻地控制料流。而采用給料機卸料時，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用的是扇形閘門，它由壓縮 空氣缸來操縱，骨料(石子和砂)都是采用閘門給料。 3）稱量設備 稱量配料設備是混凝土生產過程中的一項重要工藝設備，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著很大的影響。因此，精確、高效的稱量設 備不僅能提高生產率，而且是生產優質高強混凝土的可靠保證。一套完整的稱量設備 包括貯料斗、給料設備(閘門或給料機)和稱量設備等。對稱量設備的要求，首先是準 確，其

24、次是快速。稱量的不精確將對混凝土的強度產生很大的影響，同時又要滿足一 定的生產率。稱量設備從構造上可分為杠桿秤和電子秤等，其中，杠桿秤已經被淘汰。 為了適應各種不同的物料，秤斗在構造上略有不同。水泥秤斗是圓形的，骨料秤 斗是長方形的，而水等液體的秤斗是圓形的，斗門設有橡皮墊，以保證密封。傳感器 的裝設，電子秤的秤斗采用三點懸掛，在每套懸掛裝置的中部各裝有一個傳感器。 4）攪拌設備 即一般的混凝土攪拌機，沒有提升裝置和供水裝置。其設計技術很成熟，在攪拌 站設計中，一般采用標準攪拌機。例如，目前國內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，生產率高，對于干硬性、塑性及

25、各種配 比的混凝土，均能達到良好的攪拌效果。 2.2 電控系統的構成電控系統的構成 電控系統由 plc、智能元件、傳感器、中間繼電器和執行機構等構成，如圖 2-2： rs-232 打印機pc plc 傳感器 智能元件 中間繼電器 執行機構 混凝土 攪拌站 圖圖 2-2 電控系統構成電控系統構成 1、 plc 采用德國西門子 simatic 系列產品。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帶來了高質高品的性能，也有利于用戶今后對攪拌站的 更新與擴展，筆者設計的混凝土攪拌機的 plc 外部接線圖如圖 2-3： 報警玲聲 攪拌機故障指示燈 石料輸送機故障指示燈 沙料輸送機故障指示燈

26、 水泥螺旋輸送機故障指示燈 水泵故障指示燈 添加劑螺旋輸送機故障指示燈 翻斗機故障指示燈 石料箱放料完成 沙料箱放料完成 報警電路試燈、試鈴 消鈴按鈕 攪拌機故障 石料輸送機故障 沙料輸送機故障 水泥輸送機故障 水泵故障 添加劑輸送機故障 翻斗機故障 1l q2.0 1m q2.1 q2.2 q2.3 l+ q2.4 q2.5 q2.6 m q2.7 em222 數字量擴展模塊 i0.0 i0.1 i0.2 i0.3 n 1m l1 i0.4 1l i0.5 q0.1 i0.6 q0.2 i0.7 q0.3 i1.5 2l i1.6 q0.4 i1.7 q0.5 i2.0 q0.6 i2.1

27、q0.7 i2.2 q1.0 i2.3 q1.1 i2.4 q1.2 i2.5 q1.3 i2.6 q1.4 i2.7 q1.5 2m l+ m dc24v 啟動 手動開始 執行完本次循環后停 緊急停止 攪拌機下限位 攪拌機上限位 石料箱閘門狀態 沙料箱閘門狀態 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 翻斗機下翻 翻斗機上翻 傳送帶 石料箱放料閘門線圈 沙料箱放料閘門線圈 配料都放入指示燈 一次循環結束指示燈 圖圖 2-3 plc 外部接線圖外部接線圖 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

28、合于 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等。 4、執行機構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 稱重傳感器的選擇稱重傳感器的選擇15 混凝土攪拌站控制系統主要采集的是各種物料的重量信號，故本系統選用的是壓力 傳感器。壓力傳感器是稱重系統中的重要組成部分，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： 稱重傳感器選型應考慮過負荷因素 可靠性 傳感器的防護等級 攪拌站的規模和工作類型 稱重傳感器

29、的準確度 稱重傳感器的選型應充分考慮以上一些因素外，還應盡可能兼顧結構簡單、體積 小、重量輕、價格便宜、易于維修、易于更換等條件。 工程機械攪拌設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的基本 要求，又要兼顧稱重傳感器的運行環境，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。根據不同類型和規模的攪拌設備選用相應的傳感器7。 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，并且根據攪拌站中

30、稱重 傳感器的運行環境，選用的是 hl-f(1)型方懸臂梁高精度壓力傳感器，如圖 2-4： 圖圖 2-42-4 hl-f(1)hl-f(1)型方懸臂梁壓力傳感器型方懸臂梁壓力傳感器 f 型傳感器具有 0.05%f.s 的精度等級、2mv/v 的靈敏度、0.05%f.s 的非線性、士 0.05%f.s/30min 的蠕變和蠕變恢復、0.05%f. s 的滯后和重復性、0.02%f. s/100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 120t。f 型傳感器采用剪切結構，抗偏載、抗側向能力強，具有動態響應快、綜合精 度高、防塵、防潮、防水性能好的特點。

31、特別適合于惡劣環境，如建筑、水利、化工、 電力、港口等行業的工程機械，如攪拌站、打樁機、配料秤、料斗秤等。 2.4 小結小結 本章對混凝土攪拌站的組成、電控系統的構成以及傳感器的選型作了簡要的論述，使 讀者對混凝土攪拌站的硬件系統有了一個大概的了解。 3 3 混凝土攪拌站控制系統設計混凝土攪拌站控制系統設計 3.1 控制系統設計的基本原則及步驟控制系統設計的基本原則及步驟17 任何一種控制系統都是為了實現被控對象（生產設備或生產過程）的工藝要求， 以提高生產效率和產品質量。再設計控制系統時，應遵循以下基本原則： 最大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前，要深入現場進行調查研究，收集資 料，并與

32、機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合共同擬定電氣方案，協同解 決實際中出現的各種問題。 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用及維護方便。監控界 面友好，簡潔明快。 保證控制系統的安全、可靠。 考慮到生產的發展和工藝的改進，在選擇 plc 容量及 mcgs 監控點時，應該留有 余量。 控制系統設計的一般步驟如圖 3-1 所示： n n y y 確定控制對象和控 制任務 plc 及組態軟件的選擇 i/o 及監控地址分配 軟件設計及模擬調試電氣系統設計 硬件組裝 通電實驗 正確？ 符合控制要求？ 聯機調試 編制技術文章 現場安裝調試 交付使用 修改軟件或硬件 圖圖 3-1 pl

33、c 控制系統設計流程圖控制系統設計流程圖 3.2plc 的工作原理的工作原理16 plc 采用循環掃描的工作方式，其掃描過程如圖 3-2 所示。 stop run 內部處理 通信操作 輸入處理 程序執行 輸出處理 cpu 運行方式 更新時鐘和特殊寄存器 電源 on cpu 正常否? 執行自診斷 1 1 2 存放自診斷錯誤結果 致命錯誤? cpu 強制為 stop 2 圖圖 3-23-2 plcplc 循環掃描工作方式循環掃描工作方式 這個工作過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執行、程序輸出幾 個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。內部處理階段，plc 檢查 cpu 模塊 的

34、硬件是否正常，復位監視定時器等。在通信操作服務階段，plc 與一些智能模塊通信、 響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等，當 plc 處于停(stop)狀態時，只 進行內部處理和通信服務操作等內容。在 plc 處于運行(run)狀態時，從內部處理、通 信操作、程序輸入、程序執行、程序輸出，一直循環掃描工作11。 輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態，并將讀 入的信息存入內存中所對應的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新接著進入程序 執行階段。在程序執行時，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號發生變化，其 映像寄存器的內容也不發生變化，只有在下一個掃描

35、周期的輸入處理階段才能被讀入 信息。 程序執行 根據 plc 梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執行程 序。但遇到程序跳轉指令，則根據跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。從用戶 程序涉及到輸入輸出狀態時，plc 從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端 子狀態，從輸出映像寄存器讀出對應映像寄存器的當前狀態，根據用戶程序進行邏輯 運算，運算結果再存入有關器件寄存器中，對每個器件而言，器件映像寄存器中所寄 存的內容，會隨著程序執行過程而變化。 程序處理 程序執行完以后，將輸出映像寄存器，即器件映像寄存器中的 y 寄存器的狀態， 在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器，通過隔離

36、電路，驅動功率放大電路，使輸出端子 向外界輸出控制信號，驅動外部負載。 plc 的掃描既可按固定的順序進行，也可按用戶程序所指定的可變順序進行。這不 僅因為有的程序不需要每掃描一次就執行一次，而目也因為在一些大系統中需要處理 的 i/o 點數多，通過安排不同的組織模塊，采用分時分批掃描的執行方法，可縮短循 環掃描的周期和提高控制的實時響應性。 循環掃描的工作方式是 plc 的一大特點，也可以說 plc 是“串行”工作的，這和 傳統的繼電器控制系統“并行”工作有質的區別。plc 的串行工作方式避免了繼電器控 制系統中觸點競爭和時序失配的問題。 由于 plc 是掃描工作過程，在程序執行階段即使輸入

37、發生了變化，輸入狀態映像 寄存器的內容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。暫存在輸出映 像寄存器中的輸出信號，等到一個循環周期結束，cpu 集中將這些輸出信號全部輸送給 輸出鎖存器。由此可以看出，全部輸入輸出狀態的改變需要一個掃描周期。換言之， 輸入輸出的狀態保持一個掃描周期。 掃描周期是 plc 一個很重要的指標，小型 plc 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十 毫秒。plc 的掃描時間取決于掃描速度和用戶程序長短。毫秒級的掃描時間對于一般工 業設備通常是可以接受的，plc 的響應滯后是允許的。但是對某些 i/o 快速響應的設備， 則應采取相應的措施。如選用高速 cpu，提高掃描速

38、度，采用快速響應模塊、高速計數 模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時間。影響 i/o 滯后的主要原因有:輸入濾波 器的慣性;輸出繼電器接點的慣性;程序執行的時間;程序設計不當的附加影響等。 3.3 可編程控制器的選用及組態軟件選擇可編程控制器的選用及組態軟件選擇15 3. 3.1 可編程控制器的選用可編程控制器的選用 進行 plc 選型時，應該從以下幾個方面進行考慮: 1)i/o 點數問題 當控制對象 i/o 點在 60 點之內，i/o 點數比為 3:2 時選用整體式(小型)plc 較為 經濟;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

39、 點在 500 點以上時就必須選用大型 plc。 2)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，多數小型 plc 只具有開關 量 i/o ; pid, a/d, d/a、位控功能一般只有大、中型 plc 才有。 3)聯網通信問題 聯網通訊是影響 plc 選型的重要因素之一，多數小型機提供較簡單的 rs-232 通訊 口，少數小型 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)系統響應時間問題 系統響應時間也是影響 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

40、 10ms/kb 以下;大型 plc 掃描時間在 1 ms/kb 以下， 而系統響應時間約為 2 倍的掃描周期。 5)可靠性問題 應從系統的可靠性角度，決定 plc 的類型和組網形式，比如對可靠性要求極高的 系統，可考慮選用雙 cpu 型 plc 或冗余控制系統/熱備用系統。 6)程序存貯器問題 在 plc 選型過程中，plc 內存容量、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8(開關量)+100模擬量通道數(模擬量)+120(1+采樣點數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， 存貯容量應留有一定的余量以便實

41、際工作中的調整。 確定 plc 的型號以后，就必須對各種模塊進行選型，開關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，如果實際系統中開關量輸入信號之間不需隔離可考慮選擇后兩種。 點數問題。前面所說，點數是影響 plc 選型的重要因素，同樣在進行 i/o 模塊 的選型時也必須根據具體點數的多少選擇恰當的 i/o 模塊。一般而言，點數多的點均 價就低。 開關量輸入模塊。通常的開關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。進行開關量輸入模塊的選型時必須根據實際系統運行中的要求綜合 考慮。 開關量

42、輸出模塊。通常的開關量輸出模塊類型有繼電器輸出、可控硅輸出和晶 體管輸出。在開關量輸出模塊的選型過程中，必須根據實際系統運行要求及要求輸出 的電壓等級進行相應的選型。 本系統中的稱重系統主要為電子秤，它們所提供的模擬量和其它一些安全監測傳 感器所提供的開關量，作為 plc 準確控制的依據。 模擬輸入量包括砂料、石料等重量。 開關輸入量有: 系統開關按鈕；攪拌機（翻斗門）的上限位、下限位；沙料箱、石料箱閘門開關; 各種機器故障；報警銷鈴；手動回零等。 plc 的開關量輸出有: 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。這些信號經功率放大后驅動相應

43、的執行機構。 本系統需要配置的 i/o 點如下: 2 個模擬量輸入; 19 個開關量輸入; 22 個開關量輸出。 根據對上述控制任務的分析，本項目選擇了 siemens 的模塊化中小型 plc 系統 s7- 200，它能滿足中等性能要求的應用，應用領域相當廣泛。其模塊化、無排風扇結構、 和易于實現分布，易于用戶掌握等特點使得 s7-200 成為各種從小規模到中等性能要求 控制任務的方便又經濟的方案。s7-200 系列所具有的多種性能遞增的 cpu 和豐富的且 帶有許多方便功能的 i/o 擴展模塊，使用戶可以完全根據實際應用選擇合適的模塊。 當任務規模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用附加的模塊對

44、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環境適 應性。 此外，s7-200 系列 plc 還具有模塊點數密度高，結構緊湊，性價比高，性能優越， 裝卸方便等優點。 3. 3.2 組態軟件選擇組態軟件選擇 所謂工控組態軟件是利用系統軟件提供的工具，通過簡單形象的組態工作，構成 系統所需的軟件。組態軟件正在代替各種計算機語言的軟件開發，易學易用，深受工 程開發人員的青睞。 近年來國內外的軟件開發商和 dcs 生產廠商開發的組態軟件品種繁多，如 intellution 公司的 fix dmacs，西門子公司的 wincc，研華公司的

45、 genie 等等。組態 軟件大都由專業軟件公司開發，提高了系統的成功率和可靠性，減輕了工程開發人員 的工作量。 組態軟件通常有以下幾方面的功能14: (1)強大的畫面顯示組態功能。目前，工控組態軟件大都運行于 windows 環境下， 充分利用 windows 的圖形功能完備，界面美觀的特點，提供給用戶豐富的作圖工具， 可隨心所欲的繪制出各種工業畫面，并可任意編輯，從而將開發人員從繁重的畫面設 計中解放出來，豐富的動畫連接方式，如隱含、閃爍、移動等等，使畫面生動、直觀。 （2）良好的開放性。社會化的大生產，使得系統構成的全部軟硬件不可能出自一 家公司的產品， “異構”是當今控制系統的主要特點

46、之一。 開放性是指組態軟件能與多種通訊協議互聯，支持多種硬件設備。開放性是商量 一個組態軟件好壞的重要指標。組態軟件向下應能與低層的數據采集設備通訊，向上 能與管理層通訊，實現上位機和下位機的雙向通訊。 (3)豐富的功能模塊。提供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測控要求和現場要求。 利用各種功能模塊，完成實時監控、產生報表、顯示歷史曲線、實時曲線、提供報警 等功能，使系統具有良好的人機界面，易于操作。 系統既可適用于單機集中式控制，分布式控制，也可以是帶遠程通信能力的遠程 測控系統。 (4)強大的數據庫。配有實時數據庫，可存儲備種數據，如模擬型，離散型，字符 型等，實現與外部設備的數據交換。 (5

47、)可編程的命令語言。有可編程的命令語言，使用戶可根據自己的需要編寫程序， 增強圖形界面。 (6)周密的系統安全防范。對不同的操作者，賦予不同的操作權限，保證整個系統 的安全可靠運行。 (7)仿真功能。提供強大的仿真功能，使系統并行設計，從而縮短開發周期。本文 上位機組態軟件采用北京亞控自動化軟件科技有限公司開發的“組態王 6.5 ,“組態 王 6.5”以 microsoft windows95 / windows98/windows nt 中文操作系統作為其操作 乎臺，充分利用了 windows 圖形功能完備，界面一致性好，易學易用的特點。它使采 用 pc 機比以往使用專用機開發的工業控制系統

48、更有通用性，大大減少了工控軟件開發 者的重復性工作，并可運用 pc 機豐富的軟件資源進行二次開發。 “組態王 6.5”軟件包由工程管理器 touchmak 和畫面運行系統 touchvew 兩部分組 成。 工程管理器是“組態王 6.5”軟件的核心部分和管理開發系統，它將畫面制作系統 中已設計的圖形畫面，命令語言，設備驅動程序管理，配方管理，數據報告等工程資 源進行集中管理，它內嵌畫面開發系統。畫面開發系統是應用程序的集成開發環境， 程序員在這個環境中完成界面的設計、動畫連接的定義等。畫面開發系統具有先進完 善的圖形生成功能:數據庫中有多種數據類型，能合理地抽象控制對象的特性，對數據 的報警、趨

49、勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能有簡單的操作辦法。利用組態王 豐富的圖庫，用戶可以大大減少設計界面的時間，從整體上提高工控軟件的質量。 touchvew 是“組態王 6.5”軟件的實時運行環境，用于顯示畫面開發系統中建立 的動畫圖形畫面，并負責數據庫與 i/o 服務程序(數據采集組件)的數據交換。它通過 實時效據庫管理從一組工業控制對象采集到各種數據，并把數據的變化用動畫的方式 形象地表示出來，同時完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監視功能，并可生成歷史數 據文件。工程管理器和 touchvew 是各自獨立的 windows 應用程序，均可單獨使用;兩 者又相互依存，在工程管理器的畫面開發系統

50、中設計開發的畫面應用程序必須在 touchvew 運行環境中才能運行。 3.4 混凝土攪拌站混凝土攪拌站 plc 程序設計程序設計 3.4.1 混凝土攪拌站混凝土攪拌站 plc 程序設計思想程序設計思想 為了使 plc 完成混凝土攪拌站整個生產過程的現場控制功能，plc 需要采集各秤的 重量信號及其它傳感器和行程開關提供的開關量信號，并對此進行處理后，輸出對電 磁閥、電動機等各執行機構的控制信號，其具體細節如下: 1)石料斗秤、沙料斗秤等由稱重傳感器感應的信號分別經稱重變送器進入 plc。由 于變送器輸出的是并行 bcd 碼，所以需經過程序轉換成二進制碼，存儲在 plc 的數據 寄存器中。然后

51、經過 plc 程序處理. 2)各秤斗稱量時，達到設定值時停止給料。 3)由于秤斗上粘附的原料使稱重產生偏差，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，為了不使已經配好的原料浪費，己經 配好的原料的重量需要具有停電保護功能，所以在程序中，把這些重量信號存在可斷 電保持的數據寄存器中1213。 5)由于攪拌站運行過程中,各送料機及攪拌機等難免不出故障,因此,應設計故障報 警程序. 3.4.2 混凝土攪拌裝置的工藝流程混凝土攪拌裝置的工藝流程 攪拌站進行混凝土生產時，

52、首先將骨料分別裝入各自料倉，然后打開石料和砂料 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 及外加劑的計量。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。在攪拌機運行了規定的時間后，打開攪拌機的門 進行卸料(攪拌站的門先半開，再全開)，完成混凝土生產的一個循環。 在石料、砂料的稱重計量時，系統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。

53、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。 由于整臺設備生產的連續性較強，控制系統中，每一個動作的前后時序性都有嚴 格的要求，且到達某個狀態時，必須保證與這一狀態有關的動作全部完成，才可以進 入下一個狀態，因此必須通過設備上安裝的限位開關和傳感器對各執行機構的狀態進 行監控。 3.4.3 系統初始化程序及主程序設計系統初始化程序及主程序設計 根據工作流程的要求，plc 控制程序執行輸出動作時，計算機必須己經處于數據的 采集與處理狀態，因此，需要設定內部輔助繼電器標志。只有當計算機復位該標志時， plc 才能

54、確認計算機已處于所要求的狀態，否則必須關斷所有輸出負載，進入等待。 同理，結束時，判斷停止條件:所有門、所有閥均己關閉;集料斗和秤斗均為空； 本批攪拌結束且 plc 無輸出動作等，系統初始化程序及主程序流程圖見圖 3-3： y y 2 y n y n y nnn y n n y yy nn n 啟動 循環開始指示燈亮？ 添 加 劑 螺 旋 輸 料 機 開 水 泥 螺 旋 輸 料 機 開 水 泵 電 機 開 沙 料 輸 送 機 開 攪 拌 機 開 開始計時 5 分鐘 石 料 輸 送 機 開 沙料稱量完 畢？ 閘門打開，傳 送帶啟動 1 沙料箱放料 畢？ 石料稱量完 畢？ n y 石料箱放料 畢？

55、 閘門關閉閘門關閉 傳送帶上沒有物 料？ 傳送帶關閉 開始計時 3 分鐘 開始計時 0.5 分鐘 0.5 分鐘 到？ 3 分鐘到？5 分鐘到？ yy 開始記錄攪拌時間 5 分鐘，配料完畢指示燈 亮，10 秒后自動滅 所有配料都放入攪拌 機？ 1 攪拌時間到？ 攪拌機停止，翻斗機 下翻卸混凝土 4 手動開始 n 攪拌機在上限位且石料箱和沙 料箱放料閘門關？ 閘門打開，傳送 帶啟動 5 y n y n y n 2 翻斗機停止，開始計時 2 分鐘 2 分鐘時間 到？ 攪拌機上升 下翻到下 限位？ 上升到上 限位？ 3 一次循環結束指示燈亮，10 秒后自動滅 3 4 圖圖 3-33-3 主程序流程圖主

56、程序流程圖 3.4.4 報警電路的設計報警電路的設計 由于條件有限，報警電路的設計較為簡單，利用 i2.1i2.7 作為各電動機故障信號。程序運 行流程圖如圖 3-4 所示: 故障產生 故障指示燈亮，報 警電鈴響 按消鈴按鈕關閉電鈴， 報警指示燈變為常亮 消除故障報警燈熄滅 按下試燈、試 鈴按鈕 圖圖 3-43-4 報警程序運行流程圖報警程序運行流程圖 3.4.5 斷電保護程序設計斷電保護程序設計 由于整個設備的工作流程是連續循環進行的，因此斷電之后再起動必須仍然恢復 斷電前的狀態。程序設計選擇具有斷電保護的內部輔助保持繼電器和數據，將氣缸、 電磁閥或電機的運行狀態和參數進行保存，實現斷電保護

57、，如圖 3-5： y 系統初始化 原始配方及控制參數初始化 是否執行斷電恢復？ 調入斷電時的狀態 接上次斷電時狀態運行 n 一次 循 環 結 束 5 4 圖圖 3-53-5 斷電保護程序流程圖斷電保護程序流程圖 3.4.6 i/o 分配表和模擬量輸入地址分配表和模擬量輸入地址 表 3-1 數字量輸入/輸出地址表 i/o 分配表 輸 入輸 出 i0.0啟動 q0.0 循環開始信號燈 i0.1手動開始 q0.1 攪拌機 i0.2執行完本次循環后停止 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 i

58、0.6石料箱閘門狀態 q0.6 添加劑螺旋輸送機 i0.7沙料箱閘門狀態 q0.7 翻斗機下翻 i1.0 q1.0 翻斗機上翻 i1.1 q1.1 傳送帶 i1.2 q1.2 石料箱放料閘門線圈 i1.5石料箱放料完成 q1.3 沙料箱放料閘門線圈 i1.6沙料箱放料完成 q1.4 所有配料都放入攪拌機指示燈 i1.7報警電路試燈、試鈴 q1.5 一次循環結束指示燈 i2.0消鈴按鈕 q2.0 報警玲聲 i2.1攪拌機故障 q2.1 攪拌機故障指示燈 i2.2石料輸送機故障 q2.2 石料輸送機故障指示燈 i2.3沙料輸送機故障q2.3沙料輸送機故障指示燈 i2.4水泥螺旋輸送機故障q2.4水

59、泥螺旋輸送機故障指示燈 i2.5水泵故障q2.5水泵故障指示燈 i2.6添加劑螺旋輸送機故障q2.6添加劑螺旋輸送機故障指示燈 i2.7翻斗機故障q2.7翻斗機故障指示燈 表 3-2 模擬量輸入地址 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 i/o 點數及其特性，配置如表 3-3 所示： 表 3-3 cpu 及模塊配置表 模塊名稱設備數量輸入輸出點數 cpucpu226124i/16o em2221 8 點 dc24v 輸出8 o 擴展模塊 em2311 4 路模擬量輸入4aiw 統計 cpu 模塊 1 塊 擴展模塊 2 塊 數字量輸入 24 路(冗

60、余 5 路) 數字量輸出 24 路(冗余 2 路) 模擬量輸入 4 路（冗余 2 路） 該配置滿足系統需要配置的 i/o 點。 根據 i/o 分配表設計的控制面板簡圖如圖 3-6 所示： 傳送帶指示燈 翻斗機上翻指示燈 翻斗機下翻指示燈 添加劑螺旋輸送機指示燈 水泵指示燈 水泥螺旋輸送機指示燈 沙料輸送機指示燈 石料輸送機指示燈 攪拌機指示燈 所有配料都放入攪拌機指示一 次循環結束指示燈 循環開始指示燈 翻斗機故障指示燈 添加劑螺旋輸送機故障指示燈 水泵故障指示燈 水泥螺旋輸送機故障指示燈 沙料輸送機故障指示燈 石料輸送機故障指示燈 攪拌機故障指示燈 報警玲聲 消鈴按鈕 報警電路試燈、試玲 緊