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摘要：本文提出了“触摸屏+传感器”的混凝土搅拌站自动控制系统方案，即通过现场总线技术实现PLC代替继电器为主的系统控制及其他元件传感器件的连接，并根据混凝土搅拌站的工艺流程，使得混凝土搅拌的控制系统自动化控制。
关键词：混凝土搅拌站；控制设计；PLC；传感器
1、混凝土搅拌站控制系统总体方案设计
1.1混凝土搅拌站的组成
为了适应各种级别的混凝土配制，一个全套的搅拌装置是最基本的组成部分有以下四个:物料称量、投料、搅拌和出料。
在搅拌站设计中，一般采用标准搅拌机。本方案的核心就是电机，电机是搅拌装置中骨料运输设备。骨料提升机构由水平皮带机和倾斜皮带机两部分组成，适用于小型的混凝土搅拌场合。搅拌系统能够正常稳定的工作，称量设备采用电子秤，从而完成各种物料的精确配比。通过选取高效的混凝土搅拌主机以及相应的辅助设备，用于控制各物料仓的给料速度。
1.2混凝土搅拌站控制系统
1.2.1混凝土搅拌站称重系统
称重设备是配料系统中最重要的组成部分，为满足以后系统扩展的需要，还需对不同的物料分别配置相应的物料称重计量斗。混凝土搅拌站控制系统主要采集的是各种物料的重量信号，完成一次称量过程，然后再开启计量斗底门，开始物料的输送过程。采用FJ21型压敏式压力传感器作为重量信号采集装置，采集混凝土重量配比成分，然后送入工控机测控电路进行数据处理，最终实现混凝土搅拌站称重控制。
1.2.2混凝土搅拌站的控制系统
在搅拌系统控制过程中，需要控制的对象有搅拌机的启停，以及搅拌机的下料气缸门开启或关闭，小型PLC足以满足需求，选用西门子S7-200系列作为本文中搅拌系统的核心控制系统，该型号PLC可以满足本文控制系统的控制要求，经过内部程序的扫描处理，输出信号对现场机构进行控制。
2、混凝土搅拌站控制系统硬件结构设计
2.1PLC选用
本文选用西门子S7-200，采用此型号PLC是考虑到它计算能力强大，它可以对多个PID运算控制过程进行处理，配置了丰富的CPU和模块种类，另外它的程序可以用多种语言编写。对于本项目搅拌站控制系统的设计选用S7-200作为控制设备的核心，在软件中也采用了故障诊断和数字滤波等措施，以及对传感器的数据采集，根据实际需要分配地址和参数等。
2.2触摸屏的选型
触摸屏即可编程序操作显示器，用于检测用户触摸位置，对控制系统的一些控制参数进行修改，比如对电机发出合适的控制信号，通过PLC对变频器的相关数据进行设置。触摸屏不断调试设置，使搅拌站各部分协调运动，完成搅拌任务。考虑到与西门子系列PLC的通信，应选用西门子MM420触摸屏，完成数据的修改和调试。
2.3串口RS-232以及总线
本设计中RS-232串口仅用于实现上位机与PLC控制模块调试和与其他设备的信息交互。本系统串行通信接口选用了最常用的9针RS-232接口，就能得到这个称重传感器的承载和输出电压的关系，方便与中央处理模块通信。本系统已经预留了CAN总线通信接口，选用了CTM1050作为CAN收发器，提出一个简单可靠实时的远程数据传输网络方案，方便未来进一步的开发。下面是串口电路结构，
2.4伺服电机模块的设计
伺服电动机的控制主要指对电动机转动速度和转动方向的控制，PLC有专门的PWM模块可用于对伺服电动机的调速控制，具有信号反馈的闭环控制系统，主要由伺服控制器、驱动电路、伺服电动机及相应反馈检测器件组成。
伺服系统提供多种伺服驱动器及多种型号的伺服电机，本文选择美国国家半导体公司（NS）的LMD18200驱动芯片，使用PWM波进行占空比调速，如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，参数配置方便而且可调性更高，电机正反转时还有LED指示灯显示控制效果。
2.5各传感器的选用
本课题中选用西门子接触器3TF4522-0XM0，适用于控制交流电动机和启动、停止及反转，可以提供三相交流电动机的过载保护和断相保护。
混凝土搅拌站控制系统所需采集的信号主要是各类物料的重量，所以本系统应选取FJ21型压力传感器，该传感器它可以输出标准的4~20mA模拟量信号，即阻抗和励磁电压变化，输出信号仅有数十毫伏经过放大电路输出模拟信号变化，增加一个放大传感器输出信号后的传感器放大1000倍，即信号放大电路放大器输出，送至PLC的输入端进行处理和判断。
3、系统软件设计
3.1主程序设计
PLC程序设计应满足混凝土搅拌站系统控制要求，即协调上位工控机和其他各模块之间的工作时序。在PLC程序设计前，需要根据控制过程对系统的输出输入点进行分配，通过相应的外围电路实现对物料计量和生产搅拌的控制，完成对混凝土配料及搅拌流程的生产。
3.2I/O分配表和模拟量输入地址
结论
通过对搅拌站实际的需求进行详细地分析后，对混凝土搅拌站的硬件系统进行分析和选型，确定了本文设计的混凝土搅拌站控制系统以及称重传感器，并根据混凝土搅拌站的生产流程编写PLC梯形图，实现对混凝土搅拌配料过程的控制。今后的混凝土搅拌站发展过程中，利用神经网络在误差补偿方面的优势，构建相关的数学模型，对智能控制算法精确地调整各种物料设备的给料速度，进一步促进混凝土生产过程可靠性和混凝土生产质量、生产效率的提高。
参考文献：
[1]赵胜斌，孙小蕾.浅析混凝土搅拌站控制系统及其发展[J].科技创新与应用.2016(04)
[2]张溯烈.混凝土搅拌站控制系统的现状和发展[J].商品混凝土.2017(12)
[3]姜彦青.基于管控一体化的混凝土搅拌站控制系统[J].可编程控制器与工厂自动化.2017(09)
[4]郭泉江，凌玉华，廖力清.混凝土搅拌配料控制系统[J].自动化与仪表.2016(01)
[5]葛恒安.中国沥青混凝土搅拌设备行业现状与发展趋势[J].建设机械技术与管理.2016(10)