基于PLC的混凝土搅拌站控制系统设计

广东工业大学

硕士学位论文

基于PLC的混凝土搅拌站控制系统设计

姓名：周秀君

申请学位级别：硕士

专业：机械电子工程

指导教师：王晓初

20080501摘要

摘要

当前国内外成熟的混凝土搅拌站自动控制系统一般是由工控机、操作台及配

电柜几部分组成，虽然该系统能满足搅拌站控制系统的工艺要求，但具有体积大、

成本高、可靠性低、通信不稳定的缺点。基于这些缺点及ＰＬＣ控制技术飞速发展的背景，本文提出了“ＰＬＣ＋触摸屏＋显示仪表”这样一种既经济又可靠的混凝土搅

拌站自动控制系统方案，并详细分析了这种控制系统的需求，根据需求，对系统的软、硬件结构进行系统而全面的分析与设计。

首先，论文给出了选题的背景及意义，讨论了混凝土搅拌站控制系统目前的

发展状况，需要解决的问题，并给出了本论文需要完成的主要工作。接着分析了

搅拌站的控制流程、工艺要求和混凝土搅拌站当前各种控制方案，通过分析给出了搅拌站的总体设计方案。

其次，论文对控制系统特征进行分析，结合搅拌站的控制要求，设计出系统

的硬件原理框图，并对其中的控制电路进行了较为详细的介绍，并对设计的优越性作了简要阐述。

最后，论文对程序流程和友好的人机交互界面设计进行全面的论述，对混凝

土物料配比、搅拌参数、生产批次等进行有效的控制，在屏幕上可以看到配方值、实际配料净值和秤的毛重。通过模拟调试表明控制系统的设计是正确有效的，实

时监控混凝土搅拌站的工作过程，将生成的生产数据能正确地显示在界面上。

关键词：混凝土搅拌站；ＰＬＣ；控制设计广东－Ｔ业大学工学硕士学位论文

ＩＩＡＢＳＴＲＡＣＴ

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｉｎｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｆｏｒｍｅｄｂｙｉｎｄｕｓｔｒｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｂｌｅａｎｄ

ｓｗｉｔｃｈｂｏａｒｄ．ＡｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｓｙｓｔｅｍＣａｎｍｅｅｔｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅ

ｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｈａｓｓｕｃｈｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓａｓｌａｒｇｅｓｉｚｅ，ｈｉ．ｇｈｃｏｓｔｓ，ｌｏｗｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ａｓｆａｒａｓｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓａｎｄｔｈｅ

ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｎｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｃｏｎｃｅｒｎｅｄ，ａｎｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅａｕｔｏ—ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｃｈｅｍｅｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ、析ｔｈ

ＰＬＣｐｌｕｓｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎａｎｄｄｉｓｐｌａｙｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｆｕｌｌｙａｎａｌｙｓｅｄａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｔｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｏｐｉｃｓｅｌｅｃｔｅｄａｌｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓ

ｐａｐｅｒａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓ

ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｎｅｅｄｅｄｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄａｎｄｔｈｅｍａｉｎｗｏｒｋｎｅｅｄｅｄｔｏｂｅ

ｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｌｅｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｍｅａｌｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙａｎａｌｙｓｉｓ。Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｍｏｒｅｄｅｔａｉｌｅｄｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ

ｃｉｒｃｕｉｔｉｓｇｉｖｅｎａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｅｘｐａｎｓｉｏｎａｂｉｌｉｔｙａｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｒｉｅｆｌｙ．Ａｔｌａｓｔ，ａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｎａｆｒｉｅｎｄｌｙｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｄｅｓｉｇｎ

ｉｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｎｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｍｉｘｉｎｇ

ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｂａｔｃｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄＳＯｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｔａｋｅｎ．Ｄｕｒｉｎｇｔａｋｉｎｇｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｒａｐｈｉｃｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｂｌｅｎｄｉｎｇｄａｔａｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅａｃｔｕａｌ

ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｎｅｔｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｃａｌｅｓＣａｎｂｅｓｅｅｎｏｎｔｈｅｓａｍｅｓｃｒｅｅｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｉｓｃｏｒｒｅｃｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅ

ｍｏｖｉｎｇｐｉｃｔｕｒｅｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｎｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｉｎｇ

ＩＩＩ广东工业大学Ｔ学硕士学位论文

ｓｔａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｄａｔａｇｅｎｅｒａｔｅｄｃａｎｂｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｃｏｒｒｅｃｔｌｙｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ；ＰＬＣ；Ｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎ

ＩＶ广东工业大学工学硕士学位论文

独创性声明

秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人

在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任

何贡献均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。

本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归广东工业大学所有。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。

指导教师签字：

论文作者签字：周秀善

ｚ卯窘年多月么日第一章绪论

１．１选题背景及意义第一章绪论

混凝土搅拌站最初是以单机的形式出现，各工地自拌自用，随着基础设施建

设大规模的开展，商品混凝土的销售逐渐增大。随着计算机技术和测控技术的发展，高可靠、高自动化的自动控制系统便成了混凝土搅拌站的发展方向。

在混凝土搅拌站自动控制系统中，系统的稳定性、数据采集处理的精确性直

接影响到混凝土的质量。而在市场竞争日趋激烈的今天，搅拌站自动控制系统的性价比也与企业的生存紧密的联系在一起。因此，研究一种低成本、高可靠性的

新型搅拌站自动控制系统，具有极为广阔的市场前景。

混凝土搅拌站包括贮料、配料、物料称量、搅拌及卸料等过程，是一个受多

环节制约的复杂系统，物料的配比和称重精度等因素都直接影响混凝土的质量。由于ＰＬＣ运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活及

抗干扰能力强等特点，如今成为工业控制领域的主要控制设备，始终处于工业自

动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了安全可靠和比较完

善的控制应用；但由于其本身不具备人机交互功能，在工艺参数较多，需要人机交互时，使用具有触摸操作功能的触摸屏是一种很好的选择，通过触摸屏和ＰＬＣ

结合使用，可以在触摸屏中直接设定目标值与实际值进行比较，并可实时监控到

系统实际值的大小，实现报警等功能；配料控制器性能可靠、性价比高，可方便地利用通信接口扩展成计算机控制系统。综上所述，本系统采用“ＰＬＣ＋触摸屏＋

显示仪表＂这样一种控制方式的搅拌站系统有着重要的意义，适应当今技术发展

的潮流。在“十一五”期间，我国要建设一大批大型煤矿、油田、电站、机场、港口、

高速铁路及高等级公路等重点工程，同时也要进行大量的城市道路、城镇住宅的

开发与建设，这都需要大量的混凝土。所以现在正是大力发展混凝土机械的大好时机，作为“一站三车＂中的一站，混凝土搅拌站占有举足轻重的地位“由文献

［ｉ－６］可知＂，研究混凝土搅拌站控制技术具有广阔的前景。广东工业大学Ｔ学硕士学位论文

１．２国内外现状及发展

从１９０３年德国建造世界上第一座预拌混凝土搅拌站后，商品混凝土作为独

立的产业已有多年的历史。随后，美国于１９１３年，法国于１９３３年建立了自己的搅

拌站。二次大战后，尤其是６０年代到７０年代，由于各国抓紧发展经济，医治战争创伤，混凝土搅拌站得到了快速发展。目前，德国、美国、意大利及日本等国家的

搅拌站在技术水平和可靠性方面处于领先地位。国外生产的搅拌站生产率一般在ｌＯＯｍ３／ｈ一３００ｍ３／ｈ，搅拌混凝土的设备多种多样，大型工程中普遍采用搅拌楼或搅

拌站。我国混凝土搅拌站的研制是从５０年代开始的，在其发展过程中，控制系统也经历了继电器直接控制，继电器直接控制线路简单、触点多、故障率高，现已逐

渐被淘汰。随着微电子技术和计算机通信技术的飞速发展，目前混凝土搅拌站的

控制系统主要有两种方式盯１：一种是“工业控制计算机＋显示仪表”方式，另一种是“工业控制计算机＋ＰＬＣ＋仪表＂方式。

“工业控制计算机＋显示仪表’’方式如图１－１所示。该控制系统是基于

ｗＩＮＤｏｗＳ９８／ＮＴ／２０００／ｘＰ为控制平台，主要针对混凝土搅拌站的控制，分有：一

机一控、一机双控及双机单控，工业控制机内置输入输出卡和数据采集卡，每一

路称料斗对应一个显示仪表，显示仪表完成称料的显示，显示仪表为混凝土行业专业配料仪表，由数据采集卡来采集显示仪表的显示秤值，由输入卡来采集外围

斗门开关状态和电机启停状态信号，工业控制计算机根据这两种信号来决定输出

卡的输出信号状态，以此控制外围各个斗门开关和电机启停，达到自动控制生产的目的。

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