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無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠(chéng) 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） PLC在混凝土攪拌站中的應(yīng)用 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械94 c
學(xué) 號(hào)： 0951295 c
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 PLC在混凝土攪拌站中的應(yīng)用 ,
2、專題， ,
二、課題來源及選題依據(jù)
自從60年代PLC問世以來經(jīng)過50多年的發(fā)展PLC技術(shù)已經(jīng)成功的運(yùn)用到了工業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過實(shí)踐證明使用PLC操作系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率、減少操作誤差還能確保生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。本課題研究?jī)?nèi)容是利用PLC技術(shù)，使混凝土攪拌站實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)地配制各種強(qiáng)度的混凝土 。 。
混凝土的強(qiáng)度不同是由于配制混凝土的原料的比例不同而配制，而PLC可以PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制混凝土生產(chǎn)過程。從而可以符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的混凝土。 ，
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
①按混凝土標(biāo)號(hào)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在PLC預(yù)先輸入不同標(biāo)號(hào)混凝土的水泥、砂、石子和水的比例。 ，
②PLC根據(jù)預(yù)先在計(jì)算機(jī)中輸入1m3的混凝土需要用到的水泥、砂子、石子和水的用量，再乘以用戶指定混凝土的數(shù)量從而計(jì)算出水泥、砂、石子用量。PLC控制水泥料倉、配料站和電磁流量計(jì)（電磁閥）控制物料的重量。 ，
③PLC向水泥料倉中的螺旋輸送機(jī)發(fā)出信號(hào)，螺旋輸送機(jī)開始工作，輸出指定量的水泥，同時(shí)配料站輸出指定量的砂子、石子。材料通過皮帶輸送進(jìn)混凝土攪拌機(jī)中。這時(shí)PLC開始控制水的注入，到達(dá)指定量后電磁閥關(guān)閉?；炷翑嚢铏C(jī)開始工作。時(shí)間到后混凝土攪拌機(jī)倒出攪拌好的混凝土。 ，
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械94 班 姓名 孫天奇
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
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、攪拌、放料等結(jié)構(gòu)部件組成，是一個(gè)受多環(huán)節(jié)制約的復(fù)雜系統(tǒng)。而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，綜合國(guó)力不斷增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資力度加大，拉動(dòng)了城市商品混凝土的高速發(fā)展，同時(shí)，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(jī)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(chǎng)，攪拌站的需求越來越大，計(jì)量要求越來越高，于是出現(xiàn)了各種不同形式帶有計(jì)量裝置的攪拌站，從而產(chǎn)生了現(xiàn)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(jì)算機(jī)結(jié)合以及PLC和配料控制器結(jié)合3種控制方式。采用PLC和配料控制器結(jié)合控制的攪拌站性能可靠、性價(jià)比高，可以保證混凝土的質(zhì)量，提高混凝土生產(chǎn)效率。作為混凝土攪拌站的核心，控制及監(jiān)控程序在計(jì)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(duì)PLC和配料控制器結(jié)合控制的攪拌站來設(shè)計(jì)其控制及監(jiān)控程序設(shè)計(jì)中主要要完成的任務(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。本程序通過控制發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、皮帶啟動(dòng)、螺旋輸送機(jī)的運(yùn)行等方面控制混凝土攪拌站的運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：混凝土攪拌站；I/O分配；可編程控制器（PLC）；自動(dòng)控制
ABSTRACT
Concrete 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. It’s constructed from storage materials, 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 investment 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 for 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.
Common concrete mixing stations control ways may be the three kinds: Relay direct control, PLC and computer combination of ingredients and the PLC 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 the 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 complete a systematic structure, the I / O distribution of PLC and prepare the work flow chart and PLC program.
Key words: concrete mixing station; the I / O distribution; programmable logic controller (PLC); automatic control
目 錄
摘 要 III
ABSTRACT IV
1 緒論 1
1.1 本課題研究的內(nèi)容和意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)研究以及混凝土攪拌機(jī)的現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析 1
1.2.1 國(guó)外PLC發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.2 國(guó)內(nèi)PLC發(fā)展?fàn)顩r 2
1.3 本課題應(yīng)達(dá)的要求: 2
2 混凝土攪拌站設(shè)備 3
2.1 水泥的運(yùn)輸、存儲(chǔ) 3
2.1.1 水泥罐車 3
2.2 水泥料倉 5
2.2.1 粉料罐 5
2.2.2 倉頂收塵機(jī) 6
2.2.3 壓力安全閥 6
2.2.4 吹灰管 6
2.2.5 料位指示器 6
2.2.6 手動(dòng)蝶閥 7
2.2.7 粉料罐 7
2.2.8 破拱裝置 7
2.2.9 檢修梯子 7
2.2.10 倉體 7
2.2.11 支腿 7
2.3 水泥料倉的工作原理 8
2.4 配料站 8
2.4.1 粉料稱量 8
2.4.2 稱重傳感器 9
2.5 物料輸送系統(tǒng) 10
2.5.1 骨料輸送 10
2.5.2 粉料輸送 10
2.5.3 液體輸送 10
2.6 混凝土攪拌機(jī) 11
3 混凝土攪拌站PLC程序設(shè)計(jì) 12
3.1 混凝土攪拌站接線圖 12
3.2 電器控制構(gòu)成 14
3.2.1 PLC的工作原理 15
3.2.2 可編程控制器的選用及組態(tài)軟件的選擇 17
3.3.2 模擬輸入量包括砂子、石子等重量 17
3.2.4 I/O分配表 17
3.2.5 PLC接線圖 18
3.2.6 智能元件 19
3.2.7 傳感器 20
3.2.8 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 20
3.3 混凝土攪拌站工作流程 20
3.4 系統(tǒng)初始化程序及主程序設(shè)計(jì) 20
3.5 斷電保護(hù)程序設(shè)計(jì) 22
3.6 模擬量輸入地址 23
3.7 位存儲(chǔ)區(qū)（M）的使用概況 23
4 混凝土攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24
5 混凝土配合比計(jì)算 26
5.1 混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算 26
5.2 水灰比計(jì)算 26
5.3 用水量計(jì)算 26
5.3.1 干硬性和塑性混凝土用水量的確定 27
5.3.2 流動(dòng)性和大流動(dòng)性混凝土的用水量宜按下列步驟計(jì)算 27
5.4 水泥用量計(jì)算 27
5.5 粗骨料和細(xì)骨料用量的計(jì)算 27
6 結(jié)論與展望 29
6.1 結(jié)論 29
6.2 不足與展望 29
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
附 錄 32
V
PLC在混凝土攪拌站中的應(yīng)用
1 緒論
1.1 本課題研究的內(nèi)容和意義
在建筑行業(yè)中使用最多的材料是各種強(qiáng)度的混凝土。不同強(qiáng)度的混凝土是由不同比例的水泥、砂子、石子和水混合攪拌而成。本課題研究?jī)?nèi)容是利用PLC技術(shù)，使混凝土攪拌站實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)地配制各種強(qiáng)度的混凝土?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的混凝土的運(yùn)算制作大部分是由人工完成的，理論上PLC可以代替人工運(yùn)算混凝土的配合比以及對(duì)原材料的稱重。使用PLC技術(shù)不僅可以提高生產(chǎn)效率，而且還能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，并確保生產(chǎn)的混凝土符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 國(guó)內(nèi)研究以及混凝土攪拌機(jī)的現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析[5][6]
國(guó)外生產(chǎn)的攪拌站一般生產(chǎn)率在50m3/ h～300m3/h，對(duì)于商品混凝土生產(chǎn)，攪拌站形式應(yīng)用比較普遍，尤其在大型工程中被采用。從50年代開始我國(guó)混凝土攪拌站開始自主研制，在發(fā)展過程中，型式的選取和主要技術(shù)參數(shù)基本上是根據(jù)用戶要求和參考國(guó)外產(chǎn)品的自由狀態(tài)。國(guó)標(biāo)GB10171-88《混凝土攪拌站(樓)分類》和GB10172-88《混凝土攪拌站技術(shù)條件》的頒布實(shí)施，將混凝土攪拌站(樓)的研制和生產(chǎn)納入了標(biāo)準(zhǔn)管理的軌道，為我國(guó)混凝土攪拌站的事業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)拌混凝土標(biāo)準(zhǔn)的要求中，對(duì)于混凝土攪拌站的技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的混凝土攪拌站的質(zhì)量迅速提高，逐步取代了原先的進(jìn)口攪拌站在我國(guó)的主導(dǎo)地位，中國(guó)制造的混凝土攪拌站在國(guó)內(nèi)已經(jīng)占主導(dǎo)地位，其控制系統(tǒng)也得到快速發(fā)展。國(guó)內(nèi)大型混凝土攪拌站生產(chǎn)廠商包括:三一重工、珠海志美、上海華建、南方路機(jī)等。從八十年代以來，我國(guó)混凝土機(jī)械有兩次戰(zhàn)略性產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)行業(yè)的發(fā)展起到了舉足輕重的作用：第一次是八十年代初期混凝土攪拌機(jī)的升級(jí)換代，由雙錐反轉(zhuǎn)型、立軸和臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)替代鼓筒型攪拌機(jī)，現(xiàn)在這三大系列產(chǎn)品的技術(shù)性能已達(dá)到國(guó)外同類機(jī)型的先進(jìn)水平，從質(zhì)量到數(shù)量上基本滿足了國(guó)內(nèi)需求；第二次是“發(fā)展一站三車”階段（即混凝土攪拌樓、混凝土攪拌輸送車、臂架式混凝土泵車和散裝水泥車），讓我國(guó)的混凝土機(jī)械充滿新希望的戰(zhàn)略，推動(dòng)了混凝土機(jī)械行業(yè)的第二次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，反映了混凝土機(jī)械行業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)、全面發(fā)展的深層次要求。適時(shí)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的混凝土泵和混凝土攪拌輸送車技術(shù)，經(jīng)過科研院所和生產(chǎn)企業(yè)的共同開發(fā)，使我國(guó)在商品混凝土機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造能力和水平都有了很大提高，一些產(chǎn)品已有批量生產(chǎn)，其技術(shù)水平與當(dāng)今世界水平同步，減少了進(jìn)口，節(jié)約了外匯，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在“十五”乃至2010年期間，我國(guó)要建設(shè)一大批重點(diǎn)工程，同時(shí)也要進(jìn)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(jī)械的大好時(shí)機(jī)，作為“一站三車”中的一站，混凝土攪拌站占有舉足輕重的地位。
1.2.1 國(guó)外PLC發(fā)展?fàn)顩r
PLC從1969年問世以來，雖然至今還不到50年，以其具有通用靈活的控制性能，簡(jiǎn)單方便的使用性能，及可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的高可靠性，在各工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且市場(chǎng)份額每年都在增加。
1970——1980年：PLC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)，但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結(jié)構(gòu)形成，取得了市場(chǎng)的認(rèn)可。
1980——1990:年：PLC的普及階段。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格不斷下降，PLC被迅速普及，并且形成了固定I/O點(diǎn)型、基本單元加擴(kuò)展塊行、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。
1900——2000年：PLC的高性能與小型化階段，PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場(chǎng)控制拓展。
[3][4]根據(jù) ARC 的調(diào)查和估計(jì)，1997年全球的軟PLC市場(chǎng)有3千6百萬美元，到2000年 PLC的市場(chǎng)達(dá) 到了1億4千5百萬美元，2001年差不多又增長(zhǎng)了一倍。 目前， 歐美等西方國(guó)家都把軟PLC作為一個(gè)重點(diǎn)投資對(duì)象進(jìn)行研究開發(fā)。工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)開始使用軟PLC產(chǎn)品，而且軟PLC的市場(chǎng)需求量也在不斷的增長(zhǎng)。
1.2.2 國(guó)內(nèi)PLC發(fā)展?fàn)顩r
PLC的應(yīng)用在1990年左右就已經(jīng)傳到中國(guó)了，但是制作PLC技術(shù)大約在 1996 年以后才被介紹到國(guó)內(nèi)來。目前國(guó)內(nèi)的一些工控方面的公司及研究機(jī)構(gòu)在這方面也開展了部分基礎(chǔ)技術(shù)研究工作，但起步較晚， 現(xiàn)在還沒有一家公司或機(jī)構(gòu) 可以推出比較完整的產(chǎn)品。 國(guó)內(nèi)有一些著名的自動(dòng)化軟件公司 （如北京亞控自動(dòng)化軟件科技有限公司）正在研究開發(fā)具有自主版權(quán)的中文軟PLC產(chǎn)品，另外也有一些自動(dòng)化工程公司 開始代理銷售這些商用化的軟PLC產(chǎn)品。我國(guó)自行開發(fā)的DCS系統(tǒng)，如上海自儀公司的SUPMAX- 800，選用法國(guó) CJ International公司的符合IEC61131-3的IsaGraf和美國(guó)的強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vxworks。從總的研究情況來看，目前國(guó)內(nèi)軟PLC的技術(shù)與國(guó)外相比，技術(shù)水平相差很大。
1.3 本課題應(yīng)達(dá)的要求:
因?yàn)镻LC可以內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出。所以可以將預(yù)先算好的數(shù)值輸入進(jìn)機(jī)器中，當(dāng)操作現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行混凝土的制作是PLC可以按照預(yù)先的輸入的數(shù)值控制混凝土攪拌站的工作。
1、按混凝土標(biāo)號(hào)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在PLC預(yù)先輸入不同標(biāo)號(hào)混凝土的水泥、砂、石子和水的比例
2、在觸摸屏上輸入混凝土的強(qiáng)度和數(shù)量；PLC根據(jù)預(yù)先在計(jì)算機(jī)中輸入的1m3的混凝土需要用到的水泥、砂子、石子和水的用量，再乘以用戶指定的混凝土的數(shù)量從而計(jì)算出水泥、砂、石子用量。
3、PLC控制水泥料倉、配料站和電磁流量計(jì)（電磁閥）控制物料的重量。
4、用戶從觸摸屏輸入信息，PLC向水泥料倉中的螺旋輸送機(jī)發(fā)出信號(hào)，螺旋輸送機(jī)開始工作，輸出指定量的水泥，同時(shí)配料站輸出指定量的砂子、石子。材料通過皮帶輸送進(jìn)10m3的混凝土攪拌機(jī)中。這時(shí)PLC開始控制水的注入，到達(dá)指定量后電磁閥關(guān)閉?；炷翑嚢铏C(jī)開始工作。時(shí)間到后混凝土攪拌機(jī)倒出攪拌好的混凝土。
2混凝土攪拌站設(shè)備[7][8]
混凝土攪拌站是由最基本的組成部分是由五個(gè)部分組成的：運(yùn)輸設(shè)備（傳送帶）、料斗設(shè)備（石子倉、砂倉）、稱量設(shè)備（水泥秤、水秤、添加劑秤）和輔助設(shè)備。如圖2.1所示。
圖2.1 混凝土攪拌站示意圖
2.1 水泥的運(yùn)輸、存儲(chǔ)
2.1.1 水泥罐車
水泥罐車混凝土是由水泥、砂子、石子和水經(jīng)過攪拌而成常用建筑材料，砂子、石子不怕潮濕暴曬因此可以露天存放。水泥為粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料。能夠在空氣中或者在水中更好的硬化，未加工的水泥為粉狀，易受潮。因此水泥運(yùn)輸儲(chǔ)藏需要特殊的設(shè)備，水泥罐車便是運(yùn)輸水泥的特殊機(jī)械設(shè)備。
水泥罐車由專用汽車底盤、散裝水泥車罐體、氣管路系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置等四部分組成，工作動(dòng)力從汽車變速箱中引出，通過取力器傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)，產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)控制管路進(jìn)入氣室內(nèi)，使管內(nèi)粉粒物料產(chǎn)生流態(tài)化現(xiàn)象。當(dāng)壓力達(dá)到0.196Mpa時(shí)，打開料蝶閥，實(shí)現(xiàn)卸料。
2.1.1.1 罐體
罐體總成主要由筒體、加料口、流態(tài)化床、出料管總成、進(jìn)氣管及其他附件組成。如圖2-2罐體為直筒圓柱式結(jié)構(gòu)，其制作工藝良好，能實(shí)現(xiàn)埋弧焊接，筒體采用5mm優(yōu)質(zhì)鋼板卷制而成，兩端采用6mm厚標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，焊接牢固，具有整體強(qiáng)度高、剛性好、承壓好、使用性能好等特點(diǎn)。罐體為單倉兩氣室結(jié)構(gòu)，罐內(nèi)流化床寬度適中，布置合理，能有效的縮短卸料時(shí)間、提高罐體的容積利用率，降低了剩灰率；在罐體頂部揩油兩個(gè)進(jìn)料口，打開進(jìn)料口入孔蓋一方面可以向罐內(nèi)加料，另一方面在罐內(nèi)需要檢修時(shí)方便人員進(jìn)出。
圖2.2 罐體
1、筒體；2、加料口；3、出料管總成；4、流態(tài)化床；5、進(jìn)氣管
2.1.1.2 散裝水泥車系統(tǒng)工作原理和過程
充氣式踏下離合器踏板，切斷動(dòng)力，撥動(dòng)電開關(guān)，接通電磁氣閥，在氣壓的推動(dòng)下使取力器和齒輪進(jìn)入嚙合位置，慢慢放松離合器踏板，接通動(dòng)力，由取力箱經(jīng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)空壓機(jī)11開始運(yùn)轉(zhuǎn)。打開球閥，壓縮空氣經(jīng)止回閥、安全閥及以上兩只球閥充入罐內(nèi)。
當(dāng)壓力表顯示罐內(nèi)壓力達(dá)到0.196Mpa時(shí)，打開蝶閥卸料。在輸送管被粉料堵塞時(shí)，可打開球閥，使壓縮空氣進(jìn)入二次吹氣總成，排除堵塞。這樣可保證順利卸料。止回閥可防止粉料倒流管道。
當(dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到0.22Mpa時(shí)，安全閥將自動(dòng)打開向外排氣。卸料完畢后，罐體內(nèi)還殘余部分剩余氣體，這是可以打開卸壓管路，實(shí)現(xiàn)卸壓的功能。
水泥罐車的卸料包括設(shè)在水泥罐出口的料斗和控制閘閥。控制閘閥是一個(gè)氣動(dòng)電磁式的控制閥，上接料斗下通閥口，閥口下設(shè)有導(dǎo)流管 ，引入裝車頭，控制閥的進(jìn)氣嘴與低壓氣源氣管相接，接入水泥庫底內(nèi)的防堵氣管與高壓氣源相接。
像水泥罐車這樣的設(shè)計(jì)在極大程度上減少了工人接觸水泥的機(jī)會(huì)。這樣可以近最大可能的減少的矽肺病的幾率。我們都知道矽肺病是由于長(zhǎng)期過量吸入含結(jié)晶型有利二氧化硅的巖塵所引起的尖肺病，而一般土木建筑工程通常采用的水泥是指：GB175-2007規(guī)定的六大類水泥，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和符合硅酸鹽水泥。所以不管用六大類通用水泥的哪一種都是硅酸鹽型的水泥，水泥罐車能盡量保證工人的生產(chǎn)作業(yè)安全。水泥罐車的卸料過程是從一個(gè)密閉的罐體向另一個(gè)密閉的罐體輸送的過程，這樣可以減少由于運(yùn)輸而造成的不必要的浪費(fèi)節(jié)約了成本也節(jié)約了材料提高了水泥的利用率。由于是單倉兩氣室結(jié)構(gòu)，再加上有兩個(gè)進(jìn)料口和水泥粉末通過空氣壓力的流動(dòng)有效的減少了水泥在水泥罐中的堆積，而且采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，能夠有效的提高罐體的容積率，在單次運(yùn)輸中可以運(yùn)輸更多的物料，減少運(yùn)輸費(fèi)用和成本。
2.2 水泥料倉
水泥料倉的示意圖如圖2.3：
圖2.3 水泥料倉
1、倉頂收塵器；2、壓力安全閥3、阻旋式料位指示器；4、倉體；
5、檢修梯子；6、吹灰管；7、助流氣墊；8、手動(dòng)蝶閥；9、支腿
2.2.1 粉料罐
粉料罐是儲(chǔ)存粉狀物料的筒倉，儲(chǔ)存如水泥、摻合料（粉煤灰、礦粉、沸石粉和硅灰）、干式粉狀添加劑等。按容積的不同分別有不同規(guī)格的粉料罐，如50t、100t、200t、250t、300t等，以滿足不同的使用需要?？蛇\(yùn)輸?shù)姆哿瞎抟话闳莘e為50t、100t。在此水泥料倉的設(shè)計(jì)中該粉料罐的容量為50t。
粉料罐的基本結(jié)構(gòu)是由倉頂收塵機(jī)、壓力安全閥、阻旋式料位指示器、倉體、檢修梯子、吹灰管、助流氣墊、手動(dòng)蝶閥和支腿構(gòu)成。
粉料罐是在水泥料倉中最重要的一個(gè)部件。首先它的設(shè)計(jì)需要合理，粉料罐是需要垂直豎立在地面上的，因此它的底部受力最大，頂部受力最小。圓柱型的結(jié)構(gòu)則是要求了再同一平面內(nèi)罐體的受力均勻。這里就需要用淬火工藝，鋼進(jìn)行淬火加熱的目的是為了獲得狹小而均勻的奧氏體，使淬火后得到細(xì)小而均勻的馬氏體。不同鋼號(hào)的鋼獲得馬氏體的能力是有區(qū)別的（鋼的淬透性：淬透性表明了鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，在規(guī)定條件下，它決定了鋼材淬硬升讀和硬度分布的特性）。常用淬透性的評(píng)定方法是臨界直徑測(cè)定法。鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時(shí)的最大直徑稱為臨界直徑。臨界直徑越大，表明鋼的淬透性越高。表2-1為常用鋼的臨界直徑。
表2-1 常用鋼的臨界直徑
鋼號(hào)
臨界直徑/mm
水冷
油冷
45
13～16.5
6～9.5
60
11～17
6～12
T10
10～15
<8
65Mn
25～30
17～25
20Cr
12～19
6～12
40Cr
30～38
19～28
35SiMn
40～46
25～34
35CrMo
36～42
20～28
60Si2Mn
55～62
32～46
50CrVA
55～62
32～40
38CrMoAlA
100
80
20CrMnTi
22～35
15～24
30CrMnTi
40～50
23～40
40MnB
50～55
28～40
2.2.2 倉頂收塵機(jī)
倉頂收塵機(jī)的主要作用是在散裝水泥車向粉料罐內(nèi)泵送散裝物料時(shí)，在壓縮空氣通過料倉頂收塵機(jī)排到大氣的過程中，組織壓縮空氣中夾雜的粉塵直接排出，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境的作用。每次網(wǎng)粉料罐中輸送物料前和輸送物料結(jié)束后，必須開動(dòng)收塵機(jī)震落收塵機(jī)濾芯上的粉塵，保證罐內(nèi)外的氣流通暢。
2.2.3 壓力安全閥
壓力安全閥的作用是當(dāng)散裝水泥車泵向粉料罐內(nèi)泵送散裝物料時(shí)，如果倉頂收塵機(jī)因堵塞而排氣不順暢，導(dǎo)致粉料罐內(nèi)氣壓升高，為保護(hù)粉料罐，當(dāng)壓力升高到一定值后，安全閥開啟卸壓，從而起到保護(hù)粉料罐的作用
2.2.4 吹灰管
吹灰管是網(wǎng)罐體內(nèi)輸送物料時(shí)使用的鋼管，它固定在罐體上。管道拐彎處應(yīng)有耐磨措施，散裝水泥輸送車的出灰軟管上有快送接頭，能方便快捷的與水泥筒倉上吹灰管連接。
2.2.5 料位指示器
為了探測(cè)粉料罐內(nèi)粉料的儲(chǔ)存量，常在筒倉內(nèi)設(shè)有料位指示器。才用阻旋式料位指示器，設(shè)高低料位指示。高位報(bào)警，表示粉料罐中的未了已快裝滿，應(yīng)停止向罐內(nèi)輸送物料；低位報(bào)警，表示粉料罐中的物料已經(jīng)快用完了，應(yīng)準(zhǔn)備往罐內(nèi)重新輸送物料。
2.2.6 手動(dòng)蝶閥
手動(dòng)蝶閥上部與倉體出料口相連，下部通過過渡管與螺旋輸送機(jī)相接。在正常工作狀態(tài)下，手動(dòng)蝶閥門打開，讓罐體內(nèi)粉料落入螺旋輸送機(jī)。當(dāng)螺旋輸送機(jī)發(fā)生故障時(shí)，在拆卸螺旋輸送機(jī)前必須關(guān)閉手動(dòng)蝶閥，防止粉料從罐體內(nèi)卸出。
2.2.7 粉料罐
粉料罐中粉料的流動(dòng)性與物料種類、溫度和貯存時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，剛輸送的水泥溫度較高，經(jīng)氣體輸送后較為輸送，起容量e的值約為0.8~1t，很容易流動(dòng)。在積壓一段時(shí)間后其容量e值可達(dá)1.6t，有時(shí)甚至更高。這種存放時(shí)間較長(zhǎng)的水泥流動(dòng)性較差，在卸料時(shí)常常產(chǎn)生起拱現(xiàn)象。
2.2.8 破拱裝置
為了提高粉料罐的卸料性能，常常在筒倉的下部錐體上安裝沖擊裝置。它可以破壞粉料拱橋，使卸料通暢。破拱裝置目前有氣吹破拱、錘擊破拱和助流氣跌破拱。氣吹破拱即在倉體錐部離出料口一定高度處設(shè)3~6個(gè)吹氣孔進(jìn)行氣吹破拱，因接觸面有限，有時(shí)效果不明顯，同時(shí)因壓縮空氣中含水，氣嘴容易阻塞。錘擊破拱是利用氣錘錘擊倉體來實(shí)現(xiàn)破拱，錘擊過程中噪音較大，對(duì)倉體壁有破壞。助流氣墊破拱是利用氣墊氣流的推力作用推動(dòng)起拱物料，達(dá)到破拱的作用。
2.2.9 檢修梯子
檢修梯子主要檢修粉料罐上相關(guān)設(shè)備，如清理收塵機(jī)濾芯、檢修料位計(jì)、壓力安全閥等。梯子的制作應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)有產(chǎn)品合格證，應(yīng)無歪斜、無扭曲變形和其他影響使用的缺陷；踏板應(yīng)做防滑處理，梯腳應(yīng)用合成相加作防滑處理。應(yīng)設(shè)有平臺(tái)的金屬折梯，平臺(tái)與梯子之間應(yīng)有牢固的連接裝置；最高安全站立位置處應(yīng)涂明顯的紅色標(biāo)志。鋼筋爬梯的一般規(guī)定應(yīng)用A3鋼支座，掛鉤處應(yīng)無傷痕、無裂口、無裂紋、橫檔焊接必須牢固長(zhǎng)度超過10cm的爬梯，每隔5m應(yīng)與構(gòu)件牢固的連接固定；梯長(zhǎng)每隔3m應(yīng)設(shè)一道長(zhǎng)15cm的撐腳。在爬檢修梯子之前必須系好安全帶，帶好安全帽，按照相關(guān)安全操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)。
2.2.10 倉體
倉體是一個(gè)空腔容器，上不為圓柱形，下部為錐形，由鋼板卷制拼焊而成。倉體必須密封，如果不密封的話遇到雨雪天氣，雨水會(huì)隨著分析進(jìn)入倉體內(nèi)部，會(huì)導(dǎo)致罐內(nèi)粉料結(jié)塊。
2.2.11 支腿
支腿是粉料罐的承重件。需要選擇的材料必須結(jié)實(shí)能夠承受至少51t的重量。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的粉料罐的容量為50t再加上罐子的材料選擇，必須符合結(jié)實(shí)、耐用的原則這樣就會(huì)增加粉料罐本身的重量。還有遇到特殊情況需要用到的檢修梯子等工具都需要安裝在上面這樣就加大了支腿的承重力，所以它一般由鋼管和角鋼或槽鋼拼焊而成。
2.3 水泥料倉的工作原理
水泥料倉為圓筒支架結(jié)構(gòu)，起上部有除塵設(shè)備，防止粉塵泄露，下部裝有破拱裝置，防止粉料結(jié)塊，是粉料卸出順暢，并裝有料位傳感設(shè)備，可以隨時(shí)掌握倉內(nèi)的物料使用情況。當(dāng)水泥料倉工作時(shí)必須由專門吊機(jī)將其立起，然后放到預(yù)先預(yù)制好的混凝土基礎(chǔ)之上，并檢查水泥料倉立起后與水平面的垂直度，然后將其地步與基礎(chǔ)預(yù)埋件焊接牢固。儲(chǔ)料倉固定好以后，由散裝水泥罐車運(yùn)送水泥至工地，然后將散裝水泥罐車的輸送管路與水泥料倉的進(jìn)料管路相連接，通過散裝水泥罐車的氣體壓力將罐內(nèi)水泥輸送到水泥料倉內(nèi)。在往儲(chǔ)料倉內(nèi)輸送水泥額過程中，操作人員要不間斷的安東除塵器振動(dòng)電機(jī)的按鈕，抖落附著在除塵器布袋上的水泥，防止堵塞布袋，發(fā)生爆倉。在儲(chǔ)料罐上我們可以通過高低料位可以觀察到滿倉和缺料。當(dāng)我們需要放料的時(shí)候，首先打開錐體地步的手動(dòng)卸料閥，然后通過水泥輸送裝置將水泥輸送出去。在放料的過程中，如果出現(xiàn)“起拱”現(xiàn)象，就需要及時(shí)按動(dòng)破拱裝置電磁閥的按鈕，進(jìn)行吹氣，消除“起拱”，保證水泥供應(yīng)順暢。當(dāng)水泥輸送裝置出現(xiàn)故障時(shí)，首先應(yīng)先關(guān)閉錐體底部的手動(dòng)卸料閥，防止水泥外溢，造成浪費(fèi)。
2.4 配料站
混凝土的原料除了水泥之外還需要的原料是砂子、石子和水。與水泥不同的是砂子和石子可以進(jìn)行露天的存放，不需要擔(dān)心它們是否會(huì)受潮變質(zhì)。水泥存放在水泥料倉中，水泥料倉的底部有螺旋輸送機(jī)，它可以進(jìn)行定量的輸送水泥，這個(gè)就是粉料稱量了。粉料稱量是計(jì)量系統(tǒng)的一部分。計(jì)量系統(tǒng)包括骨料計(jì)量和粉料、液體外加劑計(jì)量和水計(jì)量。計(jì)量系統(tǒng)是攪拌設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一。其計(jì)量方式一般采用質(zhì)量計(jì)量，除水和外加劑可以采用容積計(jì)量外，其他物料都不采用容積計(jì)量。
2.4.1 粉料稱量
粉料稱量由計(jì)量斗、支架、傳感器、氣動(dòng)蝶閥、膠管、氣動(dòng)球型震動(dòng)器、進(jìn)料口、排氣管組成。因水泥和摻合粉料塵多、污染嚴(yán)重、容易吸水、一般要求水泥和摻合料的計(jì)量在密閉的容器中進(jìn)行。為使計(jì)量系統(tǒng)獨(dú)立，計(jì)量斗同其他部件的連接必須采用軟連接，確保計(jì)量的準(zhǔn)確性。計(jì)量開始時(shí)螺旋輸送機(jī)得到信號(hào)，開始啟動(dòng)，輸送粉料到計(jì)量斗，計(jì)量斗一部分空氣和粉塵通過排氣管到達(dá)收塵裝置。當(dāng)粉料的重量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的重量時(shí)，螺旋輸送機(jī)停止輸送粉料完成計(jì)量。當(dāng)啟動(dòng)蝶閥得到卸料的指令后，啟動(dòng)蝶閥動(dòng)作，開門卸料。同時(shí)啟動(dòng)球星震動(dòng)器開始震動(dòng)，加快卸料進(jìn)度。清空后啟動(dòng)蝶閥延時(shí)動(dòng)作，關(guān)閉卸料口，停止震動(dòng)。簡(jiǎn)單的說螺旋輸送機(jī)恒定的轉(zhuǎn)速可以保證每分鐘從粉料罐中輸出的水泥量是恒定的，因此我們可以準(zhǔn)確的得到我們想要從水泥料倉中輸出水泥的重量，在轉(zhuǎn)速已知的情況下通過計(jì)算時(shí)間就能得到我們需要的水泥的重量。這樣對(duì)于砂子和石子我們就需要用到配料站了。配料站是骨料出料倉是儲(chǔ)存石料的倉體和骨料計(jì)量部分連成一體后的統(tǒng)稱。配料站起到儲(chǔ)存砂石料和在稱量砂石料是控制配料的作用。上部倉體可由混凝土澆筑而成，也可整體做成鋼結(jié)構(gòu)，常以地倉式配料站和鋼結(jié)構(gòu)配料站進(jìn)行區(qū)別。
2.4.1.1 地倉式配料站
地倉式配料站，是由混凝土儲(chǔ)料倉、料斗、拉式傳感器、計(jì)量斗、篩網(wǎng)、震動(dòng)器、氣缸、計(jì)量斗門和儲(chǔ)料斗門組成。上部混凝土儲(chǔ)料倉和料斗等構(gòu)成骨料儲(chǔ)料倉。篩網(wǎng)用來篩除骨料中不符合要求的粗骨料，保證設(shè)備的正常欲行。開關(guān)儲(chǔ)料斗門可對(duì)計(jì)量斗配料，儲(chǔ)料斗門為弧形門，通過調(diào)節(jié)斗門與料斗的間隙，能夠有效防止料門卡料。壓縮氣體通過電磁閥到達(dá)之行元件氣缸活塞兩端，是氣缸活塞桿動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)斗門的開關(guān)。
2.4.1.2 鋼結(jié)構(gòu)配料站
鋼結(jié)構(gòu)配料站是由后板、隔板、儲(chǔ)料斗、支架、骨料計(jì)量斗、篩網(wǎng)、側(cè)板和壓式傳感器構(gòu)成。前板、后板、隔板、側(cè)板和出料斗等構(gòu)成鋼結(jié)構(gòu)配料站的骨料儲(chǔ)料倉。
鋼結(jié)構(gòu)配料站上部由前板、后板、側(cè)板和隔板構(gòu)成一個(gè)四周封閉的倉，各板才用插銷連接，運(yùn)輸時(shí)各板可以沿骨架上鉸鏈機(jī)構(gòu)放下，方便運(yùn)輸。每一個(gè)倉下面對(duì)應(yīng)一個(gè)稱量斗，才用獨(dú)立的秤，保證乘涼的精確性。該種結(jié)構(gòu)具有上料方便、下料順暢，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝快捷，運(yùn)輸方便。配料站倉體的數(shù)量與配制混凝土需要的砂石料種類有關(guān)，有3倉、4倉和5倉，一般4倉即可滿足需要。
2.4.2 稱重傳感器[9][10]
混凝土攪拌站控制系統(tǒng)主要收集的是各個(gè)物料的重量信號(hào)，所以這個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是壓力傳感器。壓力傳感器是稱重系統(tǒng)的重要組成部分，壓力敏感元件可以將原料重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)輸出，給配料站上的稱重儀表顯示重量值，供控制或報(bào)警等使用。
影響稱重傳感器選型的因素；
1、 稱重傳感器選型應(yīng)考慮稱重大小的限制；
2、 具有較高的準(zhǔn)確度；
3、 可靠性；
4、 應(yīng)與實(shí)際相結(jié)合，要考慮到混凝土攪拌站的實(shí)際規(guī)模和制作混凝土的數(shù)量和強(qiáng)度；
5、傳感器的防護(hù)等級(jí)。
選擇稱重傳感器的選型除了要考慮以上的一些因素之外，還應(yīng)盡可能考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、性價(jià)比高、便于維修、便于更換等條件。
工程機(jī)械攪拌設(shè)備用稱重傳感器的選擇既要考慮到混凝土攪拌站稱重系統(tǒng)的基本要求，又要考慮到稱重傳感器的運(yùn)行環(huán)境，還要盡最大可能減少那些對(duì)稱重準(zhǔn)確度有重要影響的因素，合理的選擇使用傳感器。根據(jù)不同類型和規(guī)模設(shè)備選用相應(yīng)的傳感器。
一般來說混凝土攪拌站要求的長(zhǎng)安切丁載荷從1kg～4000kg不等，骨料的稱量范圍最大，一般為50kg～4500kg，外加劑傳感器的額定載荷最小，一般不超過50kg。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)混凝土攪拌站中稱重傳感器的運(yùn)行環(huán)境，選用HL-F（1）型方懸臂梁高精度壓力傳感器，如圖2.4。
圖2.4 HL-F（1）型方懸臂梁高精度壓力傳感器
F型傳感器具有0.05%F.S的精度等級(jí)、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(fù)、0.05%F. S的滯后和重復(fù)性、0.02%F. S/100℃的零點(diǎn)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1～20T。F型傳感器采用剪切結(jié)構(gòu)，抗偏載、抗側(cè)向能力強(qiáng)，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、綜合精度高、防塵、防潮、防水性能好的特點(diǎn)。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(jī)械，如攪拌站、打樁機(jī)、配料秤、料斗秤等。
混凝土的制作除了水泥、砂子、石子之外還需要水進(jìn)行攪拌，水的計(jì)量相對(duì)于另外的三種原料來說是最容易的?？梢灾苯油ㄟ^電磁流量計(jì)來進(jìn)行水的計(jì)量。
2.5 物料輸送系統(tǒng)
有了水泥料倉、配料站和水表來讓我們控制物料的重量，剩下的就是怎樣把物料輸送到攪拌機(jī)中去。物料輸送由三個(gè)部分組成：
2.5.1 骨料輸送
骨料輸送由料斗輸送和帶傳動(dòng)兩種方式。料斗提升的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。按照工作院里的不同，帶傳動(dòng)可分為摩擦型帶傳動(dòng)和嚙合型帶傳動(dòng)，這里主要用到的是摩擦型帶傳動(dòng)中的平帶傳動(dòng)。平帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，帶輪也容易制造，常用的平帶有帆布芯平帶、編制平帶（棉織、毛織和縫合棉布帶）、錦綸片復(fù)合平帶等數(shù)種。其中帆布芯平帶在這里使用更加合適。因此在混凝土攪拌站中使用帆布芯平帶輸送比料斗輸送更加合適，它可以提高攪拌站的生產(chǎn)率。
2.5.2 粉料輸送
混凝土可用的粉料主要是水泥，有時(shí)配制特殊標(biāo)號(hào)的混凝土?xí)r會(huì)用到粉煤灰和礦粉?；炷翑嚢枵酒毡椴捎玫姆哿陷斔头绞绞锹菪斔蜋C(jī)輸送，比較大型的攪拌樓有采用氣動(dòng)輸送和刮板輸送的。這里采用一般混凝土攪拌站使用的螺旋輸送，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用可靠。
2.5.3 液體輸送
液體輸送主要指水和液體外加劑，它們基本是由水泵輸送的。
2.6 混凝土攪拌機(jī)
混凝土攪拌機(jī)需要有良好的攪拌性能、的攪拌機(jī)能力強(qiáng)，對(duì)于干硬性、塑性以及各種配比的混凝土均要達(dá)到良好的攪拌效果。并且需要保證攪拌均勻、效率高。
僅僅有一個(gè)優(yōu)良的攪拌主機(jī)是不夠的，攪拌機(jī)最好還具備各種精良配件，如螺旋輸送機(jī)、計(jì)量傳感器、氣動(dòng)元件等，這些部件保證了混凝土攪拌站在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中高度的可靠性，精確的計(jì)量技能以及超長(zhǎng)的使用壽命。同時(shí)，混凝土攪拌站各維修保養(yǎng)部位均設(shè)要走臺(tái)或檢修梯子，且具有足夠的操縱空間，攪拌主機(jī)可配備高壓自動(dòng)清洗系統(tǒng)，具有功能缺油和超溫自動(dòng)報(bào)警功能，便于設(shè)備維修。
攪拌機(jī)需要具有良好的環(huán)保機(jī)能，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，粉料操縱均在全封鎖系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，粉料罐需要采用某些方法來降低對(duì)環(huán)境的污染，例如高效收塵器或者霧噴等方法就能降低粉塵對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)混凝土攪拌站對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)排氣和卸料設(shè)備均要采用消聲裝置有效地降低了噪音污染，也同樣的能更好的保護(hù)工人不會(huì)受到勞動(dòng)損害。
如圖2.5為河南鄭一重工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的JS1000型混凝土攪拌機(jī)。
圖2.5 JS1000型混凝土攪拌機(jī)
3 混凝土攪拌站PLC程序設(shè)計(jì)
3.1 混凝土攪拌站接線圖
以為混凝土攪拌站需要的設(shè)備較多，所以混凝土攪拌站的接線圖分開擺放。
圖3.1 攪拌機(jī)與翻斗機(jī)的接線圖
上圖為攪拌機(jī)和翻斗機(jī)的接線圖，在混凝土攪拌站中攪拌機(jī)為生產(chǎn)混凝土的主要設(shè)備。
圖3.2 傳送帶與水泥螺旋輸送機(jī)的接線圖
傳送帶在混凝土攪拌站中應(yīng)用很廣泛，無論是在水泥的輸送還是其他骨料的輸送都是需要的。
圖3.3 水泵、添加劑螺旋輸送機(jī)接線圖
水泵是運(yùn)送水的電機(jī)，添加劑的添加也是需要螺旋輸送機(jī)的進(jìn)行輸送。
圖3.4 砂料、石料輸送機(jī)接線圖
砂料輸送機(jī)和石料輸送機(jī)是運(yùn)輸砂子和石子這些骨料的電機(jī)。
3.2 電器控制構(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(jī)構(gòu)等構(gòu)成。如圖3.5
RS-232
打印機(jī)
PC
PLC
傳感器
智能元件
中間繼電器
執(zhí)行機(jī)構(gòu)
混凝土攪拌站
圖3.5 電控系統(tǒng)構(gòu)成
3.2.1 PLC的工作原理
PLC采用循環(huán)掃描的工作方式[3]，其掃描過程如圖3.6
STOP
RUN
內(nèi)部處理
通信操作
輸入處理
程序執(zhí)行
輸出處理
CPU運(yùn)行方式
更新時(shí)鐘和特殊寄存器
電源ON
CPU正常否?
執(zhí)行自診斷
1
1
2
存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果
致命錯(cuò)誤?
CPU強(qiáng)制為STOP
2
圖3.6 PLC循環(huán)掃描工作方式
這個(gè)工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。
1、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(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映像寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。
2、 程序執(zhí)行
根據(jù)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(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對(duì)應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中，對(duì)每個(gè)器件而言，器件映像寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。
3、 程序處理
程序執(zhí)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(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。
PLC的掃描不僅可以按照固定的順序進(jìn)行，也可以按照用戶程序所指定的可變順序進(jìn)行。這不僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮尉蛨?zhí)行一次，而且也因?yàn)樵谝恍┐蟮奶幚硐到y(tǒng)中需要處理的I/O點(diǎn)的數(shù)量過多，通過安排不同的組織模塊，才用分時(shí)分批掃描的執(zhí)行方法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。
循環(huán)掃描的工作方式是PLC的一大特點(diǎn)，也可以說是PLC是“串行”工作的，這個(gè)和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。PLC的串行工作方式避免了繼電器控制系統(tǒng)中出點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問題。
由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容同樣的不會(huì)發(fā)生變化，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的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才會(huì)發(fā)生改變。暫存在輸出映像寄存器中的輸出信號(hào)，等到一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號(hào)全部輸送給輸出鎖存器。由此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個(gè)掃描周期。換言之，輸入輸出的轉(zhuǎn)臺(tái)保持一個(gè)掃描周期。
掃描周期是PLC一個(gè)很重要的指標(biāo)，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(shí)間取決于掃描速度和用戶程序長(zhǎng)短。毫秒級(jí)的掃描時(shí)間對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備通常是可以接受的，PLC的響應(yīng)滯后是允許的。但是對(duì)于某些I/O快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)采取相應(yīng)的措施。如選用高速CPU，提高掃描速度，才用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊及不同的中斷處理等措施減少滯后時(shí)間。
影響I/O滯后的主要原因有：
（1） 人工誤差；
（2） 輸入濾波器的慣性；
（3） 程序執(zhí)行的時(shí)間；
（4） 程序設(shè)計(jì)不合理的附加影響；
（5） 輸出繼電器的接點(diǎn)慣性。
3.2.2 可編程控制器的選用及組態(tài)軟件的選擇
進(jìn)行PLC選型時(shí)[13][14]，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：
1、I/O點(diǎn)數(shù)問題
2、I/O類型問題
3、聯(lián)網(wǎng)通訊問題
4、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間問題
5、可靠性問題
6、程序存貯器問題
在我們確認(rèn)了PLC的型號(hào)問題之后，就必須對(duì)各種模塊進(jìn)行選型，開關(guān)量模塊的選型主要涉及到一下幾個(gè)問題：
（1）外部接線方式問題。
（2） 點(diǎn)數(shù)問題
（3）開關(guān)量輸入模塊
（4）開關(guān)量輸出模塊
PLC控制混凝土攪拌機(jī)中稱重系統(tǒng)主要為電子稱，它們所提供的模擬量和其他一些安全監(jiān)測(cè)傳感器所提供的開關(guān)量，作為PLC精確控制的依據(jù)。
3.3.2 模擬輸入量包括砂子、石子等重量
1、開關(guān)輸入量有：
系統(tǒng)開關(guān)按鈕；攪拌機(jī)（翻斗門）的上限位、下限位；砂子倉、石子倉閘門開關(guān)；各種機(jī)器故障；手動(dòng)回零等。
2、PLC的開關(guān)量輸出有：
攪拌機(jī)、石子輸送機(jī)、砂子輸送機(jī)、水泥螺旋輸送機(jī)、水泵、添加劑螺旋輸送機(jī)、翻斗機(jī)、傳送帶等。這些信號(hào)經(jīng)功率放大之后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
3、PLC控制混凝土攪拌站的運(yùn)行需要配置I/O點(diǎn)：
2個(gè)模擬量輸入；
19個(gè)開關(guān)量輸入；
22個(gè)開關(guān)量輸出。
根據(jù)對(duì)以上控制任務(wù)的分析，所以選擇了SIEMENS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。 此外，S7-200系列的PLC還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。以上種種優(yōu)點(diǎn)證實(shí)了S7-200系列具有很高的實(shí)用性，是工業(yè)制造所需要的控制器。
3.2.4 I/O分配表[2]
表3-1 數(shù)字量輸入/輸出地址表
輸入
輸出
I0.0
啟動(dòng)
Q0.0
循環(huán)開始信號(hào)
I0.1
執(zhí)行完本次循環(huán)后停止
Q0.1
攪拌機(jī)
I0.2
緊急停止
Q0.2
石子輸送機(jī)
I0.3
攪拌機(jī)下限位
Q0.3
砂子輸送機(jī)
I0.4
攪拌機(jī)上限位
Q0.4
水泥螺旋輸送機(jī)
I0.5
石子倉閘門狀態(tài)
Q0.5
水泵
I0.6
砂子倉閘門狀態(tài)
Q0.6
添加劑螺旋輸送機(jī)
I0.7
Q0.7
翻斗機(jī)下翻
I1.0
Q1.0
翻斗機(jī)上翻
I1.1
Q1.1
傳送帶
I1.2
Q1.2
石子倉放料閘門線圈
I1.5
石子倉放料完成
Q1.3
砂子倉放料閘門線圈
I1.6
砂子倉放料完成
Q1.4
所有配料都翻入攪拌機(jī)指示燈
Q1.5
一次循環(huán)結(jié)束指示燈
3.2.5 PLC接線圖
PLC采用德國(guó)西門子SIMATIC系列產(chǎn)品。它具有良好的兼容性和可靠性高的特點(diǎn)，為攪拌站的整個(gè)電控體統(tǒng)帶來了高品質(zhì)的性能，同時(shí)也有利于用戶以后對(duì)攪拌站的操作的更新。
石料箱放料完成
沙料箱放料完成
報(bào)警電路試燈、試鈴
消鈴按鈕
攪拌機(jī)故障
石料輸送機(jī)故障
沙料輸送機(jī)故障
水泥輸送機(jī)故障
水泵故障
添加劑輸送機(jī)故障
翻斗機(jī)故障
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 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(dòng)
手動(dòng)開始
執(zhí)行完本次循環(huán)后停
緊急停止
攪拌機(jī)下限位
攪拌機(jī)上限位
石料箱閘門狀態(tài)
沙料箱閘門狀態(tài)
攪拌機(jī)
石料輸送機(jī)
沙料輸送機(jī)
水泥螺旋輸送機(jī)
水泵
添加劑螺旋輸送機(jī)
翻斗機(jī)下翻
翻斗機(jī)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(huán)結(jié)束指示燈
圖3.7 PLC外部接線圖
3.2.6 智能元件
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。
3.2.7 傳感器
傳感器主要包括稱重傳感器和開關(guān)等。
3.2.8 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括蝶閥、水泥螺旋輸送機(jī)蝶閥、水泵閥門、添加劑放料電磁閥、送料電機(jī)、攪拌電機(jī)等。
3.3 混凝土攪拌站工作流程
混凝土攪拌站進(jìn)行混凝土生產(chǎn)時(shí)，首先將骨料分別裝入各自的配料站中的料倉中，然后打開石子和砂子的給料閥門將骨料投到秤斗進(jìn)行稱量，秤斗中的原料的重量不斷的增加知道電子秤顯示到所要求的重量后PLC才控制蝶閥閥門停止投料，蝶閥反轉(zhuǎn)使原料不再從料倉中輸出。然后啟動(dòng)平皮帶和斜帶輪將骨料卸入集料斗。在骨料配料的同時(shí)，攪拌機(jī)也啟動(dòng)開始攪拌，原因是利用定時(shí)器進(jìn)行水泥、砂子、石子和水以及外加劑的計(jì)量。在混凝土的制作所需要的材料都計(jì)量完畢后，PLC就可以控制料斗開門，通過皮帶將各種材料裝入攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌。在攪拌機(jī)運(yùn)行一定的時(shí)候后，打開攪拌機(jī)的門進(jìn)行卸料（攪拌機(jī)的門先不完全打開然后再全部打開），這樣就完成混凝土生產(chǎn)的一個(gè)循環(huán)。
在石子、砂子的稱重計(jì)量時(shí)，PLC系統(tǒng)分別用控制兩個(gè)門進(jìn)行快速粗略和慢速精確的計(jì)量，以減少稱量時(shí)間和稱量精度。同樣對(duì)水的計(jì)量也是才用水粗稱閥和水精稱閥進(jìn)行控制，而水泥等添加劑是由計(jì)量螺旋機(jī)從各自的料倉中送入各自城都進(jìn)行計(jì)量。
該P(yáng)LC程序是控制混凝土攪拌站運(yùn)行。該程序可以實(shí)現(xiàn)不同標(biāo)號(hào)的混凝土的制作（混凝土不同的標(biāo)號(hào)是由于水泥、砂子、石子和水之間的比例不同）。例：配制100kg標(biāo)號(hào)為C20的混凝土，該程序按照預(yù)先設(shè)置的1kg標(biāo)號(hào)為C20的混凝土中砂石、水泥和水的重量比，再在比例上乘100即可得到100 kg標(biāo)號(hào)為C20的混凝土各個(gè)配料的重量。該程