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無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） PLC在混凝土攪拌站中的應用 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械94 c
學 號： 0951295 c
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書
一、題目及專題：
1、題目 PLC在混凝土攪拌站中的應用 ,
2、專題， ,
二、課題來源及選題依據
自從60年代PLC問世以來經過50多年的發(fā)展PLC技術已經成功的運用到了工業(yè)領域，經過實踐證明使用PLC操作系統可以提高生產效率、減少操作誤差還能確保生產產品的質量。本課題研究內容是利用PLC技術，使混凝土攪拌站實現全自動地配制各種強度的混凝土 。 。
混凝土的強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)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制混凝土生產過程。從而可以符合國家標準的混凝土。 ，
三、本設計（論文或其他）應達到的要求：
①按混凝土標號的國家標準，在PLC預先輸入不同標號混凝土的水泥、砂、石子和水的比例。 ，
②PLC根據預先在計算機中輸入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量從而計算出水泥、砂、石子用量。PLC控制水泥料倉、配料站和電磁流量計（電磁閥）控制物料的重量。 ，
③PLC向水泥料倉中的螺旋輸送機發(fā)出信號，螺旋輸送機開始工作，輸出指定量的水泥，同時配料站輸出指定量的砂子、石子。材料通過皮帶輸送進混凝土攪拌機中。這時PLC開始控制水的注入，到達指定量后電磁閥關閉。混凝土攪拌機開始工作。時間到后混凝土攪拌機倒出攪拌好的混凝土。 ，
四、接受任務學生：
機械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、設計（論文）指導（或顧問）：
指導教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學科組組長研究所所長〕 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備，它由貯料、配料、攪拌、放料等結構部件組成，是一個受多環(huán)節(jié)制約的復雜系統。而隨著我國經濟建設的高速發(fā)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(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，混凝土自拌自用，隨著基礎設施建設大規(guī)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(jiān)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(jiān)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。本程序通過控制發(fā)電機運轉、皮帶啟動、螺旋輸送機的運行等方面控制混凝土攪拌站的運行。
關鍵詞：混凝土攪拌站；I/O分配；可編程控制器（PLC）；自動控制
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 本課題研究的內容和意義 1
1.2 國內研究以及混凝土攪拌機的現狀和國內市場分析 1
1.2.1 國外PLC發(fā)展狀況 1
1.2.2 國內PLC發(fā)展狀況 2
1.3 本課題應達的要求: 2
2 混凝土攪拌站設備 3
2.1 水泥的運輸、存儲 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 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 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 11
3 混凝土攪拌站PLC程序設計 12
3.1 混凝土攪拌站接線圖 12
3.2 電器控制構成 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)行機構 20
3.3 混凝土攪拌站工作流程 20
3.4 系統初始化程序及主程序設計 20
3.5 斷電保護程序設計 22
3.6 模擬量輸入地址 23
3.7 位存儲區(qū)（M）的使用概況 23
4 混凝土攪拌站控制系統設計 24
5 混凝土配合比計算 26
5.1 混凝土配制強度計算 26
5.2 水灰比計算 26
5.3 用水量計算 26
5.3.1 干硬性和塑性混凝土用水量的確定 27
5.3.2 流動性和大流動性混凝土的用水量宜按下列步驟計算 27
5.4 水泥用量計算 27
5.5 粗骨料和細骨料用量的計算 27
6 結論與展望 29
6.1 結論 29
6.2 不足與展望 29
致 謝 30
參考文獻 31
附 錄 32
V
PLC在混凝土攪拌站中的應用
1 緒論
1.1 本課題研究的內容和意義
在建筑行業(yè)中使用最多的材料是各種強度的混凝土。不同強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。本課題研究內容是利用PLC技術，使混凝土攪拌站實現全自動地配制各種強度的混凝土。現在國內的混凝土的運算制作大部分是由人工完成的，理論上PLC可以代替人工運算混凝土的配合比以及對原材料的稱重。使用PLC技術不僅可以提高生產效率，而且還能減輕工人勞動強度，并確保生產的混凝土符合國家標準。
1.2 國內研究以及混凝土攪拌機的現狀和國內市場分析[5][6]
國外生產的攪拌站一般生產率在50m3/ h～300m3/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。從50年代開始我國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參數基本上是根據用戶要求和參考國外產品的自由狀態(tài)。國標GB10171-88《混凝土攪拌站(樓)分類》和GB10172-88《混凝土攪拌站技術條件》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，為我國混凝土攪拌站的事業(yè)發(fā)展奠定了基礎。產品技術標準和預拌混凝土標準的要求中，對于混凝土攪拌站的技術指標已達到發(fā)達國家水平。現在國內生產的混凝土攪拌站的質量迅速提高，逐步取代了原先的進口攪拌站在我國的主導地位，中國制造的混凝土攪拌站在國內已經占主導地位，其控制系統也得到快速發(fā)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。從八十年代以來，我國混凝土機械有兩次戰(zhàn)略性產品結構調整，對行業(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已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；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），讓我國的混凝土機械充滿新希望的戰(zhàn)略，推動了混凝土機械行業(yè)的第二次產品結構調整，反映了混凝土機械行業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)、全面發(fā)展的深層次要求。適時引進國外先進的混凝土泵和混凝土攪拌輸送車技術，經過科研院所和生產企業(yè)的共同開發(fā)，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(jié)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，這都需要大量的混凝土。所以現在正是大力發(fā)展混凝土機械的大好時機，作為“一站三車”中的一站，混凝土攪拌站占有舉足輕重的地位。
1.2.1 國外PLC發(fā)展狀況
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，簡單方便的使用性能，及可以適應各種工業(yè)環(huán)境的高可靠性，在各工業(yè)領域得到廣泛應用，且市場份額每年都在增加。
1970——1980年：PLC的結構定型階段。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，但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現有PLC結構形成，取得了市場的認可。
1980——1990:年：PLC的普及階段。在這一階段，PLC的生產規(guī)模日益擴大，價格不斷下降，PLC被迅速普及，并且形成了固定I/O點型、基本單元加擴展塊行、模塊化結構型這三種延續(xù)至今的基本結構模型。
1900——2000年：PLC的高性能與小型化階段，PLC的應用范圍由單一的順序控制向現場控制拓展。
[3][4]根據 ARC 的調查和估計，1997年全球的軟PLC市場有3千6百萬美元，到2000年 PLC的市場達 到了1億4千5百萬美元，2001年差不多又增長了一倍。 目前， 歐美等西方國家都把軟PLC作為一個重點投資對象進行研究開發(fā)。工業(yè)領域已經開始使用軟PLC產品，而且軟PLC的市場需求量也在不斷的增長。
1.2.2 國內PLC發(fā)展狀況
PLC的應用在1990年左右就已經傳到中國了，但是制作PLC技術大約在 1996 年以后才被介紹到國內來。目前國內的一些工控方面的公司及研究機構在這方面也開展了部分基礎技術研究工作，但起步較晚， 現在還沒有一家公司或機構 可以推出比較完整的產品。 國內有一些著名的自動化軟件公司 （如北京亞控自動化軟件科技有限公司）正在研究開發(fā)具有自主版權的中文軟PLC產品，另外也有一些自動化工程公司 開始代理銷售這些商用化的軟PLC產品。我國自行開發(fā)的DCS系統，如上海自儀公司的SUPMAX- 800，選用法國 CJ International公司的符合IEC61131-3的IsaGraf和美國的強實時操作系統Vxworks。從總的研究情況來看，目前國內軟PLC的技術與國外相比，技術水平相差很大。
1.3 本課題應達的要求:
因為PLC可以內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出。所以可以將預先算好的數值輸入進機器中，當操作現場需要進行混凝土的制作是PLC可以按照預先的輸入的數值控制混凝土攪拌站的工作。
1、按混凝土標號的國家標準，在PLC預先輸入不同標號混凝土的水泥、砂、石子和水的比例
2、在觸摸屏上輸入混凝土的強度和數量；PLC根據預先在計算機中輸入的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量從而計算出水泥、砂、石子用量。
3、PLC控制水泥料倉、配料站和電磁流量計（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發(fā)出信號，螺旋輸送機開始工作，輸出指定量的水泥，同時配料站輸出指定量的砂子、石子。材料通過皮帶輸送進10m3的混凝土攪拌機中。這時PLC開始控制水的注入，到達指定量后電磁閥關閉。混凝土攪拌機開始工作。時間到后混凝土攪拌機倒出攪拌好的混凝土。
2混凝土攪拌站設備[7][8]
混凝土攪拌站是由最基本的組成部分是由五個部分組成的：運輸設備（傳送帶）、料斗設備（石子倉、砂倉）、稱量設備（水泥秤、水秤、添加劑秤）和輔助設備。如圖2.1所示。
圖2.1 混凝土攪拌站示意圖
2.1 水泥的運輸、存儲
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。因此水泥運輸儲藏需要特殊的設備，水泥罐車便是運輸水泥的特殊機械設備。
水泥罐車由專用汽車底盤、散裝水泥車罐體、氣管路系統、傳動裝置等四部分組成，工作動力從汽車變速箱中引出，通過取力器傳動裝置驅動空壓機，產生的壓縮空氣經控制管路進入氣室內，使管內粉粒物料產生流態(tài)化現象。當壓力達到0.196Mpa時，打開料蝶閥，實現卸料。
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、進氣管及其他附件組成。如圖2-2罐體為直筒圓柱式結構，其制作工藝良好，能實現埋弧焊接，筒體采用5mm優(yōu)質鋼板卷制而成，兩端采用6mm厚標準橢圓封頭，焊接牢固，具有整體強度高、剛性好、承壓好、使用性能好等特點。罐體為單倉兩氣室結構，罐內流化床寬度適中，布置合理，能有效的縮短卸料時間、提高罐體的容積利用率，降低了?；衣剩辉诠摅w頂部揩油兩個進料口，打開進料口入孔蓋一方面可以向罐內加料，另一方面在罐內需要檢修時方便人員進出。
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、進氣管
2.1.1.2 散裝水泥車系統工作原理和過程
充氣式踏下離合器踏板，切斷動力，撥動電開關，接通電磁氣閥，在氣壓的推動下使取力器和齒輪進入嚙合位置，慢慢放松離合器踏板，接通動力，由取力箱經傳動軸帶動空壓機11開始運轉。打開球閥，壓縮空氣經止回閥、安全閥及以上兩只球閥充入罐內。
當壓力表顯示罐內壓力達到0.196Mpa時，打開蝶閥卸料。在輸送管被粉料堵塞時，可打開球閥，使壓縮空氣進入二次吹氣總成，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。
當罐內壓力達到0.22Mpa時，安全閥將自動打開向外排氣。卸料完畢后，罐體內還殘余部分剩余氣體，這是可以打開卸壓管路，實現卸壓的功能。
水泥罐車的卸料包括設在水泥罐出口的料斗和控制閘閥?？刂崎l閥是一個氣動電磁式的控制閥，上接料斗下通閥口，閥口下設有導流管 ，引入裝車頭，控制閥的進氣嘴與低壓氣源氣管相接，接入水泥庫底內的防堵氣管與高壓氣源相接。
像水泥罐車這樣的設計在極大程度上減少了工人接觸水泥的機會。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期過量吸入含結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作業(yè)安全。水泥罐車的卸料過程是從一個密閉的罐體向另一個密閉的罐體輸送的過程，這樣可以減少由于運輸而造成的不必要的浪費節(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構，再加上有兩個進料口和水泥粉末通過空氣壓力的流動有效的減少了水泥在水泥罐中的堆積，而且采用標準橢圓封頭，能夠有效的提高罐體的容積率，在單次運輸中可以運輸更多的物料，減少運輸費用和成本。
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、手動蝶閥；9、支腿
2.2.1 粉料罐
粉料罐是儲存粉狀物料的筒倉，儲存如水泥、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\輸的粉料罐一般容積為50t、100t。在此水泥料倉的設計中該粉料罐的容量為50t。
粉料罐的基本結構是由倉頂收塵機、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、手動蝶閥和支腿構成。
粉料罐是在水泥料倉中最重要的一個部件。首先它的設計需要合理，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。圓柱型的結構則是要求了再同一平面內罐體的受力均勻。這里就需要用淬火工藝，鋼進行淬火加熱的目的是為了獲得狹小而均勻的奧氏體，使淬火后得到細小而均勻的馬氏體。不同鋼號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）。常用淬透性的評定方法是臨界直徑測定法。鋼材在某種介質中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時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
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
倉頂收塵機的主要作用是在散裝水泥車向粉料罐內泵送散裝物料時，在壓縮空氣通過料倉頂收塵機排到大氣的過程中，組織壓縮空氣中夾雜的粉塵直接排出，從而達到保護環(huán)境的作用。每次網粉料罐中輸送物料前和輸送物料結束后，必須開動收塵機震落收塵機濾芯上的粉塵，保證罐內外的氣流通暢。
2.2.3 壓力安全閥
壓力安全閥的作用是當散裝水泥車泵向粉料罐內泵送散裝物料時，如果倉頂收塵機因堵塞而排氣不順暢，導致粉料罐內氣壓升高，為保護粉料罐，當壓力升高到一定值后，安全閥開啟卸壓，從而起到保護粉料罐的作用
2.2.4 吹灰管
吹灰管是網罐體內輸送物料時使用的鋼管，它固定在罐體上。管道拐彎處應有耐磨措施，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
為了探測粉料罐內粉料的儲存量，常在筒倉內設有料位指示器。才用阻旋式料位指示器，設高低料位指示。高位報警，表示粉料罐中的未了已快裝滿，應停止向罐內輸送物料；低位報警，表示粉料罐中的物料已經快用完了，應準備往罐內重新輸送物料。
2.2.6 手動蝶閥
手動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相接。在正常工作狀態(tài)下，手動蝶閥門打開，讓罐體內粉料落入螺旋輸送機。當螺旋輸送機發(fā)生故障時，在拆卸螺旋輸送機前必須關閉手動蝶閥，防止粉料從罐體內卸出。
2.2.7 粉料罐
粉料罐中粉料的流動性與物料種類、溫度和貯存時間長短有關，剛輸送的水泥溫度較高，經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。在積壓一段時間后其容量e值可達1.6t，有時甚至更高。這種存放時間較長的水泥流動性較差，在卸料時常常產生起拱現象。
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3~6個吹氣孔進行氣吹破拱，因接觸面有限，有時效果不明顯，同時因壓縮空氣中含水，氣嘴容易阻塞。錘擊破拱是利用氣錘錘擊倉體來實現破拱，錘擊過程中噪音較大，對倉體壁有破壞。助流氣墊破拱是利用氣墊氣流的推力作用推動起拱物料，達到破拱的作用。
2.2.9 檢修梯子
檢修梯子主要檢修粉料罐上相關設備，如清理收塵機濾芯、檢修料位計、壓力安全閥等。梯子的制作應符合國家標準，應有產品合格證，應無歪斜、無扭曲變形和其他影響使用的缺陷；踏板應做防滑處理，梯腳應用合成相加作防滑處理。應設有平臺的金屬折梯，平臺與梯子之間應有牢固的連接裝置；最高安全站立位置處應涂明顯的紅色標志。鋼筋爬梯的一般規(guī)定應用A3鋼支座，掛鉤處應無傷痕、無裂口、無裂紋、橫檔焊接必須牢固長度超過10cm的爬梯，每隔5m應與構件牢固的連接固定；梯長每隔3m應設一道長15cm的撐腳。在爬檢修梯子之前必須系好安全帶，帶好安全帽，按照相關安全操作規(guī)程進行作業(yè)。
2.2.10 倉體
倉體是一個空腔容器，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，雨水會隨著分析進入倉體內部，會導致罐內粉料結塊。
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實能夠承受至少51t的重量。因為設計的粉料罐的容量為50t再加上罐子的材料選擇，必須符合結實、耐用的原則這樣就會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構，起上部有除塵設備，防止粉塵泄露，下部裝有破拱裝置，防止粉料結塊，是粉料卸出順暢，并裝有料位傳感設備，可以隨時掌握倉內的物料使用情況。當水泥料倉工作時必須由專門吊機將其立起，然后放到預先預制好的混凝土基礎之上，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預埋件焊接牢固。儲料倉固定好以后，由散裝水泥罐車運送水泥至工地，然后將散裝水泥罐車的輸送管路與水泥料倉的進料管路相連接，通過散裝水泥罐車的氣體壓力將罐內水泥輸送到水泥料倉內。在往儲料倉內輸送水泥額過程中，操作人員要不間斷的安東除塵器振動電機的按鈕，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。在儲料罐上我們可以通過高低料位可以觀察到滿倉和缺料。當我們需要放料的時候，首先打開錐體地步的手動卸料閥，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“起拱”現象，就需要及時按動破拱裝置電磁閥的按鈕，進行吹氣，消除“起拱”，保證水泥供應順暢。當水泥輸送裝置出現故障時，首先應先關閉錐體底部的手動卸料閥，防止水泥外溢，造成浪費。
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行露天的存放，不需要擔心它們是否會受潮變質。水泥存放在水泥料倉中，水泥料倉的底部有螺旋輸送機，它可以進行定量的輸送水泥，這個就是粉料稱量了。粉料稱量是計量系統的一部分。計量系統包括骨料計量和粉料、液體外加劑計量和水計量。計量系統是攪拌設備中最關鍵的部分之一。其計量方式一般采用質量計量，除水和外加劑可以采用容積計量外，其他物料都不采用容積計量。
2.4.1 粉料稱量
粉料稱量由計量斗、支架、傳感器、氣動蝶閥、膠管、氣動球型震動器、進料口、排氣管組成。因水泥和摻合粉料塵多、污染嚴重、容易吸水、一般要求水泥和摻合料的計量在密閉的容器中進行。為使計量系統獨立，計量斗同其他部件的連接必須采用軟連接，確保計量的準確性。計量開始時螺旋輸送機得到信號，開始啟動，輸送粉料到計量斗，計量斗一部分空氣和粉塵通過排氣管到達收塵裝置。當粉料的重量達到預先設定的重量時，螺旋輸送機停止輸送粉料完成計量。當啟動蝶閥得到卸料的指令后，啟動蝶閥動作，開門卸料。同時啟動球星震動器開始震動，加快卸料進度。清空后啟動蝶閥延時動作，關閉卸料口，停止震動。簡單的說螺旋輸送機恒定的轉速可以保證每分鐘從粉料罐中輸出的水泥量是恒定的，因此我們可以準確的得到我們想要從水泥料倉中輸出水泥的重量，在轉速已知的情況下通過計算時間就能得到我們需要的水泥的重量。這樣對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存石料的倉體和骨料計量部分連成一體后的統稱。配料站起到儲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，也可整體做成鋼結構，常以地倉式配料站和鋼結構配料站進行區(qū)別。
2.4.1.1 地倉式配料站
地倉式配料站，是由混凝土儲料倉、料斗、拉式傳感器、計量斗、篩網、震動器、氣缸、計量斗門和儲料斗門組成。上部混凝土儲料倉和料斗等構成骨料儲料倉。篩網用來篩除骨料中不符合要求的粗骨料，保證設備的正常欲行。開關儲料斗門可對計量斗配料，儲料斗門為弧形門，通過調節(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之行元件氣缸活塞兩端，是氣缸活塞桿動作，從而驅動斗門的開關。
2.4.1.2 鋼結構配料站
鋼結構配料站是由后板、隔板、儲料斗、支架、骨料計量斗、篩網、側板和壓式傳感器構成。前板、后板、隔板、側板和出料斗等構成鋼結構配料站的骨料儲料倉。
鋼結構配料站上部由前板、后板、側板和隔板構成一個四周封閉的倉，各板才用插銷連接，運輸時各板可以沿骨架上鉸鏈機構放下，方便運輸。每一個倉下面對應一個稱量斗，才用獨立的秤，保證乘涼的精確性。該種結構具有上料方便、下料順暢，結構緊湊，安裝快捷，運輸方便。配料站倉體的數量與配制混凝土需要的砂石料種類有關，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主要收集的是各個物料的重量信號，所以這個設計系統采用的是壓力傳感器。壓力傳感器是稱重系統的重要組成部分，壓力敏感元件可以將原料重量信號轉換成容易測量的電信號輸出，給配料站上的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；
1、 稱重傳感器選型應考慮稱重大小的限制；
2、 具有較高的準確度；
3、 可靠性；
4、 應與實際相結合，要考慮到混凝土攪拌站的實際規(guī)模和制作混凝土的數量和強度；
5、傳感器的防護等級。
選擇稱重傳感器的選型除了要考慮以上的一些因素之外，還應盡可能考慮結構簡單、體積小、重量輕、性價比高、便于維修、便于更換等條件。
工程機械攪拌設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的基本要求，又要考慮到稱重傳感器的運行環(huán)境，還要盡最大可能減少那些對稱重準確度有重要影響的因素，合理的選擇使用傳感器。根據不同類型和規(guī)模設備選用相應的傳感器。
一般來說混凝土攪拌站要求的長安切丁載荷從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，并且根據混凝土攪拌站中稱重傳感器的運行環(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、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1～20T。F型傳感器采用剪切結構，抗偏載、抗側向能力強，具有動態(tài)響應快、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。
混凝土的制作除了水泥、砂子、石子之外還需要水進行攪拌，水的計量相對于另外的三種原料來說是最容易的。可以直接通過電磁流量計來進行水的計量。
2.5 物料輸送系統
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中去。物料輸送由三個部分組成：
2.5.1 骨料輸送
骨料輸送由料斗輸送和帶傳動兩種方式。料斗提升的優(yōu)點是占地面積小、結構簡單。按照工作院里的不同，帶傳動可分為摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動，這里主要用到的是摩擦型帶傳動中的平帶傳動。平帶傳動結構簡單，傳動效率高，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）、錦綸片復合平帶等數種。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率。
2.5.2 粉料輸送
混凝土可用的粉料主要是水泥，有時配制特殊標號的混凝土時會用到粉煤灰和礦粉?；炷翑嚢枵酒毡椴捎玫姆哿陷斔头绞绞锹菪斔蜋C輸送，比較大型的攪拌樓有采用氣動輸送和刮板輸送的。這里采用一般混凝土攪拌站使用的螺旋輸送，它的優(yōu)點是結構簡單、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
混凝土攪拌機需要有良好的攪拌性能、的攪拌機能力強，對于干硬性、塑性以及各種配比的混凝土均要達到良好的攪拌效果。并且需要保證攪拌均勻、效率高。
僅僅有一個優(yōu)良的攪拌主機是不夠的，攪拌機最好還具備各種精良配件，如螺旋輸送機、計量傳感器、氣動元件等，這些部件保證了混凝土攪拌站在運轉過程中高度的可靠性，精確的計量技能以及超長的使用壽命。同時，混凝土攪拌站各維修保養(yǎng)部位均設要走臺或檢修梯子，且具有足夠的操縱空間，攪拌主機可配備高壓自動清洗系統，具有功能缺油和超溫自動報警功能，便于設備維修。
攪拌機需要具有良好的環(huán)保機能，在機器運轉過程中，粉料操縱均在全封鎖系統內進行，粉料罐需要采用某些方法來降低對環(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環(huán)境的污染，同時混凝土攪拌站對氣動系統排氣和卸料設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工人不會受到勞動損害。
如圖2.5為河南鄭一重工機械有限公司生產的JS1000型混凝土攪拌機。
圖2.5 JS1000型混凝土攪拌機
3 混凝土攪拌站PLC程序設計
3.1 混凝土攪拌站接線圖
以為混凝土攪拌站需要的設備較多，所以混凝土攪拌站的接線圖分開擺放。
圖3.1 攪拌機與翻斗機的接線圖
上圖為攪拌機和翻斗機的接線圖，在混凝土攪拌站中攪拌機為生產混凝土的主要設備。
圖3.2 傳送帶與水泥螺旋輸送機的接線圖
傳送帶在混凝土攪拌站中應用很廣泛，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、添加劑螺旋輸送機接線圖
水泵是運送水的電機，添加劑的添加也是需要螺旋輸送機的進行輸送。
圖3.4 砂料、石料輸送機接線圖
砂料輸送機和石料輸送機是運輸砂子和石子這些骨料的電機。
3.2 電器控制構成
電控系統由PLC、智能元件、傳感器、中間繼電器和執(zhí)行機構等構成。如圖3.5
RS-232
打印機
PC
PLC
傳感器
智能元件
中間繼電器
執(zhí)行機構
混凝土攪拌站
圖3.5 電控系統構成
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
內部處理
通信操作
輸入處理
程序執(zhí)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(zhí)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3.6 PLC循環(huán)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(zhí)行、程序輸出幾個階段。
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(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映像寄存器的內容也不發(fā)生變化，只有在下一個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(tài)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(tài)，從輸出映像寄存器讀出對應映像寄存器的當前狀態(tài)，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(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)，在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器，通過隔離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的掃描不僅可以按照固定的順序進行，也可以按照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(zhí)行一次，而且也因為在一些大的處理系統中需要處理的I/O點的數量過多，通過安排不同的組織模塊，才用分時分批掃描的執(zhí)行方法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高控制的實時響應性。
循環(huán)掃描的工作方式是PLC的一大特點，也可以說是PLC是“串行”工作的，這個和傳統的繼電器控制系統“并行”工作有質的區(qū)別。PLC的串行工作方式避免了繼電器控制系統中出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(zhí)行階段即輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像寄存器的內容同樣的不會發(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容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才會發(fā)生改變。暫存在輸出映像寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)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(tài)的改變需要一個掃描周期。換言之，輸入輸出的轉臺保持一個掃描周期。
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(yè)設備通常是可以接受的，PLC的響應滯后是允許的。但是對于某些I/O快速響應的設備，則應采取相應的措施。如選用高速CPU，提高掃描速度，才用快速響應模塊、高速計數模塊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：
（1） 人工誤差；
（2） 輸入濾波器的慣性；
（3） 程序執(zhí)行的時間；
（4） 程序設計不合理的附加影響；
（5） 輸出繼電器的接點慣性。
3.2.2 可編程控制器的選用及組態(tài)軟件的選擇
進行PLC選型時[13][14]，應該從以下幾個方面進行考慮：
1、I/O點數問題
2、I/O類型問題
3、聯網通訊問題
4、系統響應時間問題
5、可靠性問題
6、程序存貯器問題
在我們確認了PLC的型號問題之后，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一下幾個問題：
（1）外部接線方式問題。
（2） 點數問題
（3）開關量輸入模塊
（4）開關量輸出模塊
PLC控制混凝土攪拌機中稱重系統主要為電子稱，它們所提供的模擬量和其他一些安全監(jiān)測傳感器所提供的開關量，作為PLC精確控制的依據。
3.3.2 模擬輸入量包括砂子、石子等重量
1、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；砂子倉、石子倉閘門開關；各種機器故障；手動回零等。
2、PLC的開關量輸出有：
攪拌機、石子輸送機、砂子輸送機、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之后驅動相應的執(zhí)行機構。
3、PLC控制混凝土攪拌站的運行需要配置I/O點：
2個模擬量輸入；
19個開關量輸入；
22個開關量輸出。
根據對以上控制任務的分析，所以選擇了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。 此外，S7-200系列的PLC還具有模塊點數密度高，結構緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。以上種種優(yōu)點證實了S7-200系列具有很高的實用性，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 數字量輸入/輸出地址表
輸入
輸出
I0.0
啟動
Q0.0
循環(huán)開始信號
I0.1
執(zhí)行完本次循環(huán)后停止
Q0.1
攪拌機
I0.2
緊急停止
Q0.2
石子輸送機
I0.3
攪拌機下限位
Q0.3
砂子輸送機
I0.4
攪拌機上限位
Q0.4
水泥螺旋輸送機
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
I0.7
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指示燈
Q1.5
一次循環(huán)結束指示燈
3.2.5 PLC接線圖
PLC采用德國西門子SIMATIC系列產品。它具有良好的兼容性和可靠性高的特點，為攪拌站的整個電控體統帶來了高品質的性能，同時也有利于用戶以后對攪拌站的操作的更新。
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
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
手動開始
執(zhí)行完本次循環(huán)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(tài)
沙料箱閘門狀態(tài)
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(huán)結束指示燈
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等。
3.2.8 執(zhí)行機構
執(zhí)行機構包括蝶閥、水泥螺旋輸送機蝶閥、水泵閥門、添加劑放料電磁閥、送料電機、攪拌電機等。
3.3 混凝土攪拌站工作流程
混凝土攪拌站進行混凝土生產時，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，蝶閥反轉使原料不再從料倉中輸出。然后啟動平皮帶和斜帶輪將骨料卸入集料斗。在骨料配料的同時，攪拌機也啟動開始攪拌，原因是利用定時器進行水泥、砂子、石子和水以及外加劑的計量。在混凝土的制作所需要的材料都計量完畢后，PLC就可以控制料斗開門，通過皮帶將各種材料裝入攪拌機中進行攪拌。在攪拌機運行一定的時候后，打開攪拌機的門進行卸料（攪拌機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的一個循環(huán)。
在石子、砂子的稱重計量時，PLC系統分別用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。同樣對水的計量也是才用水粗稱閥和水精稱閥進行控制，而水泥等添加劑是由計量螺旋機從各自的料倉中送入各自城都進行計量。
該PLC程序是控制混凝土攪拌站運行。該程序可以實現不同標號的混凝土的制作（混凝土不同的標號是由于水泥、砂子、石子和水之間的比例不同）。例：配制100kg標號為C20的混凝土，該程序按照預先設置的1kg標號為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標號為C20的混凝土各個配料的重量。該程