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电路试题(B)
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&&&&30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计30t 沥青混合料拌合设备 ——配料控制的设计摘要本文在对现有沥青搅拌设备粉料称量系统基本结构和工作原理研究的基础上，提出 了粉料称量的“三速法”，由于称量系统是非线性时变系统，将系统等效为一个二阶系 统，把问题转变为一个动态称量的问题。通过对影响称量的因素进行估计&&&&，得出了称量 系统的具体控制模型。 本研究的重点及难点： （1）对一个变系数的二阶微分方程的求解用——龙格库塔法，利用matlab准确的 对二阶变系数微分方程进行模拟，从而获得称量过程的真正的模拟图像，运用图像确定 控制策略。 （2）利用西门子s7-200的梯形图编程语言完成了相应的数据采集和处理模块的程 序编制，进行plc外部接线控制，使称量能够准确进行。 （3）进行称量的plc外部接线控制。采用西门子s7-200作为数据采集和处理的核心 设备，实现粉料较高精度的自动控制；采用先进的硬件和软件设计，使系统的可靠性有 较大地提高，具有应用可靠，故障率低，具有巨大的经济效益等特点。关键字：沥青搅拌设备；粉料称量系统；龙格库塔法；可编程控制器(plc)；三速法30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计30 t asphalt mixture’s mixturing equipment ——the design of ingredient’s controlabstractthis article studies the basic structure and working principle of powdery materials weighing system for the asphalt mixing equipment. it puts forward &three speed way ” . because the weighing system is a transient non- linear system, it was equivalent to second- then we transformed the issue into a question of dynamic weighing. through the estimated of factors affecting weighing, we obtained the specific control model of weighing system. the key points and difficulties of this research： (1)we can use the method of longge coulthard to solve a variable coefficient of second order differential equations, use the matlab for second order differential equation accurately to simulate ,then we can get the weighing of the real simulation process using the image sure image control strategy. (2)using the siemens s7-200 ladder-diagram programming language completed the corresponding data acquisition and processing module, the programming of plc control, make wiring weighing to predict. (3)this article study the control of plc control wiring .using siemens s7-200 as the core of data acquisition and processing equipment , realizes powder more precisi adopting advanced hardware and software design, makes the system reliability have considerably increase, with reliability, low failure rate, with huge economic benefits etc. characteristics. key words: asph po longge coulthard method, programmable controller (plc); three speed method30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计目录1绪论 ...................................................................................................................................... 1 1.1 课题背景及目的 .......................................................................................................... 1 1.1.1 沥青搅拌设备现状及其发展趋势 .................................................................... 1 1.1.2 沥青搅拌设备的概述 ........................................................................................ 2 1.1.3 沥青搅拌设备的分类 ........................................................................................ 3 1.1.3.1 按生产工艺划分 ...................................................................................... 3 1.1.3.2 按设备的额定生产率划分 ...................................................................... 3 1.1.3.3 按设备的机动性划分 .............................................................................. 4 1.1.4 本论文设计的沥青混合料拌合设备的组成 .................................................... 4 1.2 本课题研究的重点及难点 .......................................................................................... 5 1.2.1 沥青搅拌设备中粉料称量存在的关键问题 .................................................... 6 1.2.1.1 给料方式及控制 ...................................................................................... 6 1.2.1.2 空中落差量的影响 .................................................................................. 6 1.2.1.3 粉料冲击力的影响 .................................................................................. 6 1.2.1.4 时间滞后的影响 ...................................................................................... 6 1.2.2 粉料称量中关键问题解决方法 ........................................................................ 6 1.3 本论文的主要研究工作 .............................................................................................. 72粉料称量系统理论研究 ...................................................................................................... 8 2.1 粉料称量系统的工作原理 .......................................................................................... 8 2.1.1 配料称重系统的构成 ........................................................................................ 8 2.2 传感器的选择 .............................................................................................................. 9 2.2.1 重力传感器 ......................................................................................................... 9 2.3 称重系统的数学模型分析 ........................................................................................ 11 2.3.1 数学模型的初步建立 ...................................................................................... 11 2.3.2 各物理量大小及关系的建立 .......................................................................... 12 2.3.2.1 等效阻尼 c、等效刚度 k、秤体的质量 m 的确定 ............................. 1230t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计2.3.2.2 物料的质量 m（t） 、物料的重量 g(t)、物料下落的冲击力 f(t) ...... 12 2.3.2.3 龙格库塔法解变系数二阶微分方程 ..................................................... 12 2.3.3 用 matlab 模拟龙格库塔法对方程进行求解 ................................................. 16 2.3.4 图像分析 .......................................................................................................... 22 2.4 控制方法的最终确定 ................................................................................................ 22 3 称量系统的西门子 plc 的硬件设计 ................................................................................ 24 3.1 可编程序控制器(plc)介绍 .................................................................................... 24 3.1.1 选择合适的 plc ............................................................................................... 24 3.2 西门子 plc 控制器的接口设计 ............................................................................. 25 3.2.1 3.2.2 3.3 数字量模块 em223i/o 接线电路 ................................................................. 25 模拟量模块 em223i/o 接线电路 ................................................................. 26西门子 plc 控制器的控制电路设计 ..................................................................... 27 3.3.1 3.3.2 配料的控制电路（手动、自动） ................................................................ 27 皮带传送电机的控制电路（手动、自动） ................................................ 274称量系统的西门子 plc 的软件设计 ................................................................................ 29 4.1 step 7 简介 ............................................................................................................. 29 4.2 plc 程序设计 .......................................................................................................... 29 4.2.1 30t 间歇式沥青混合料拌合设备生产过程的任务分析 ................................ 29 4.2.1.1 主程序 .................................................................................................... 30 4.2.1.2 数据处理模块 ........................................................................................ 30 4.2.2 对称量过程进行 plc 程序设计及编写 ....................................................... 315总结 .................................................................................................................................... 40参考文献 .................................................................................................................................. 41 致谢 .......................................................................................................................................... 43 附录 a 30t 间歇式沥青混合料拌合设备变量表 .................................................................. 44 附录 b i/o 分配表 ................................................................................................................... 4530t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计１绪论公路建设作为国民经济发展的基础支柱， 它的发展规模和发展水平是国民经 济实力和科学技术水平的重要体现。 沥青拌合设备作为公路建设中科技含量最高 的设备之一， 其自动化水平、 控制精度、 可靠性的高低将直接反映着我国装备业、 机械自动化程度，是我国科学技术水平高低的一个重要体现。尤其是，随着近年 高等级公路建设的快速发展与完善，对路面机械性能要求就越来越高，沥青拌合 设备作为沥青路面施工的关键设备， 也是目前机电液一体化技术比较密集的机械 设备，其装备的程度先进与否已成为影响公路建设的速度与水平的重要制约因 素。1.1 课题背景及目的1.1.1 沥青搅拌设备现状及其发展趋势 沥青混凝土搅拌设备在国外有着悠久的历史，近 20 年来，随着我国公路交 通事业的迅猛发展，公路机械化施工也取得了巨大的进步。我国西安筑路机械厂 于 1985 年引进了英国 parker 公司的移动式拌合设备的制造技术，成为当时我国 唯一能够生产间歇式搅拌设备产品的厂家。自这时此，国内的企业陆续通过引进 和技术合作以及投资等形式，成功研发了 2000 型和 3000 型的沥青拌合设备，进 入 21 世纪以后，随着整个行业的发展、相关技术方面投入的加大以及在控制技 术等重要方面的突破，在国内也涌现出了一批优秀的企业，如西安筑路、南方路 机、陆德筑机、锡通科技、镇江华晨华通等。他们都成功研发了 3000 型和 4000 型的沥青搅拌设备。特别是在最近几年，行业得到良好的发展，4000 型成为市 场的主角，甚至有些企业还开发了 5000 型的沥青拌合设备。 鉴于我国沥青搅拌设备行业市场潜力巨大这一现状， 许多国外厂家也纷纷人 驻我国，不可否认的是我国企业在一些核心技术上仍落后于国外，尽管在中低端 市场能保持优势地位，但是高端市场的角色却成为了我国企业的软肋，行业整体 形势不容乐观。从近年来的中国市场来看，国内用户更多地接受了日本、意大利 和英国等国技术的沥青搅拌设备，因此，在国内高速公路的养护工程实施中，经第 1 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计常看到这些国家公司的沥青搅拌设备产品。 在沥青搅拌设备的类型方面， 连续式沥青混合料搅拌设备经历了从单滚筒至 双滚筒的逐步发展过程，国外经过几十年的发展，在欧洲和美国等市场占有率很 高， 特别是美国占到比例高达 95%以上， 有完全取代传统的间歇式搅拌设备之势。 而我国到目前为止，人们对连续式搅拌设备的第一反应就是：计量精度差、级配 不稳定，所以一直不被人们所接受。然而，间歇式沥青混凝土搅拌设备有其特殊 的“二次筛分”装置，即使冷骨料的规格不怎么符合要求，在经过“二次筛分” 过程后， 每个热料仓内部的分段级配仍然比较稳定，再进行称量，这就可以比 较满意地使混合料的级配满足要求。而在连续式搅拌设备中，这种间歇式搅拌设 备所特有的 “二次筛分” 装置是不存在的。 从某种程度上说， 正是由于中国的 “国 情，决定了间歇式沥青搅拌设备在我国的应用范围。 随着环保、节能、绿色口号的提出，沥青搅拌设备也将逐渐向着人性化、智 能化、环保化和机电液一体化的方向发展；进一步提高自动化控制程度，建立设 备运行数据库，记录设备运行过程中所有的反馈数据量，成为设备检测和维护的 依据；记录所有搅拌配料的计量数据，可追溯原始配比参数；具有订单功能、预 设配比以及产量，根据订单实施自动化生产等功能。 伴随着国家扩大内需、保增长口号的提出，去年年底，国务院做出 5 万亿元 投资计划，其中公路的修建速度更是以前所未有的势头迅猛快速发展。同时，我 国 20 世纪 80 年代初修建的公路，陆续进入了大、中修期，每年大约有 10%的沥 青路面需要翻修，并且这个数字还会伴随着所修道路的增加而呈逐渐上升趋势， 这都给我国的沥青搅拌设备这一行业带来巨大的发展潜力和空间。 1.1.2 沥青搅拌设备的概述 在修筑沥青混凝土路面的施工的工程中，要顺利地完成沥青混合料的拌合、 运输、摊铺和压实等等一系列的工序，而这些工序中的第一道工序肯定是沥青混 合料的拌合。除了一些小型移动式的沥青混合料拌合设备外，沥青混合料拌合设 备一般都不单单是一台单机，而是多种设备的有机组合。由于沥青混合料拌合设 备包含一个高高耸立的楼状主拌合机组， 而且设备的正常运作需要一个较大固定 场地，所以又称为拌合楼或拌合站。 按照施工要求，沥青混合料拌合设备所应完成的基本工作如下:第 2 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计（1）矿料的初步配料、加热烘干以及重新筛分与计量： （2）沥青的加热、保温、输送与计量； （3）填料的输送、计量； （4）将按照一定的配合比例计量好的热矿料、矿粉与热沥青均匀地拌合成 所需要的成品物料。 1.1.3 沥青搅拌设备的分类 沥青混合料拌合设备一般按照其生产工艺、 额定生产率的大小以及机动性三 个方面进行分类。其中最主要的就是按照生产工艺进行划分。 1.1.3.1 按生产工艺划分 沥青混合料拌合设备按生产的工艺划分为间歇式（循环式）和连续式（滚筒 式）两种。 （1）间歇式拌合设备 间歇式沥青混合料拌合设备的特点是：矿料烘干、加热与热沥青的拌合，是 先后在不同设备中进行的，其中矿料烘干与加热是在烘干筒中连续进行的，而混 合料的拌制则是间歇地进行，由搅拌装置强制拌合。间歇式沥青拌合设备历史悠 久，技术完善，并采用相对简单的计量工具及技术，可获得各种沥青混合料较精 确的配合比例，因此间歇式拌合设备在国内外得到了广泛应用。与滚筒式拌合设 备相比较，在同等生产能力的条件下，间歇式拌合设备组成部分比较多，结构比 较复杂，对除尘设施要求较高。由于种种原因，目前我国使用的拌合设备大部分 都是间歇式沥青拌合设备。 （2）连续式拌合设备 连续式拌合设备又称滚筒式沥青混合料拌合设备， 其工艺特点为： 矿料烘干、 加热以及与沥青的拌合是在同一个滚筒内完成， 即矿料烘干与加热后未出滚筒就 被沥青所裹覆，从而避免了粉尘逸出。其拌合方式是非强制式，它依靠滚筒的旋 转，筒内矿料不断地提升和自由跌落，从而得到拌合，这种拌合设备的工艺过程 与传统式拌合设备相比，具有投资少、结构简单、能耗低、生产效率高和污染少 等优点， 但其热效率比较低， 拌制好的沥青混合料含有较多的残余水分、 温度低、 对采石场提供的矿料的大小粒径的准确度要求高。 1.1.3.2 按设备的额定生产率划分第 3 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计（1）小型机：额定生产率小于 60 t/h; （2）中型机：额定生产率在 70～140t/h: （3）大型机：额定生产率大于 150t/h: 目前，在养护工程中，沥青混合料拌合设备多为小型机，而在路面修筑工程 中采用的大多是 3000 型、4000 型的拌合楼，其额定生产率分别可达到 240t/h 和 320t/h。 1.1.3.3 按设备的机动性划分 沥青混合料拌合设备按照设备的机动性能划分为固定式、半固定式和移动 式。 1.1.4 本论文设计的沥青混合料拌合设备的组成 30t 间歇式沥青混合料拌合设备由配料称重系统、提升装置、燃烧装置、搅 拌装置、除尘装置、沥青供给系统、烘干设备、成品料贮存仓以及控制系统等部 分组成，其结构如图 1.1 所示。(a)第 4 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计(b)图 1.1 30t 间歇式沥青混合料拌合设备结构示意图 (a) 拌合设备配料称重的系统、矿料的提升装置、控制系统与除尘装置结构示意图 (b) 拌合设备其他组成部分结构示意图 1-矿料配料装置；2-配料输送皮带；3-骨料提升料斗；4-控制室；5-一次提升机构；6除尘装置；7-煤气炉；8-燃烧器；9-加热烘干筒；10-石粉计量装置；11-沥青计量装置；12冷骨料进料斗；13-搅拌缸；14-成品提升料斗；15-石粉贮存装置；16-成品贮存仓；17-二次 提升机构1.2 本课题研究的重点及难点沥青混凝土搅拌设备经过长期的发展和进步，其生产工艺日趋成熟，设备的 主要结构也已基本上定型，特别是随着相关技术的发展，设备已经达到了较高水 平。对于沥青路面来说，生产配合比是影响道路质量的高低、使用性能的好坏的 一个重要因素。其中，影响沥青混合料生产配合比的因素除了搅拌设备的结构以 外，最重要的就是系统的骨料称量精度。间歇式与连续式搅拌设备相比，由于结 构上的特点，其目标配合比更加准确、称量和控制精度更高，因此我国主要采用 间歇式沥青搅拌设备。因此，本课题以间歇式沥青搅拌设备为研究对象，着重研 究粉料称量的控制系统。并且，本研究为中小型的沥青拌合设备，所以尽量避免 投资过高，要获得更高的性价比，所以设计中尽量避免造价比较高的部件，如： 使用气动阀、下料装置用两扇蝶阀门代替螺旋输送器等等，使其能够高效、较准 确的完成称量。此称量过程为动态称量，所以存在着动态称量的通病即：振荡、第 5 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计超调与延时等。虽然利用螺旋输送器可以弥补这一缺点，但是其造价高、占用体 积大，不适合中小型设备使用，如何准确称量成为主要问题。 1.2.1 沥青搅拌设备中粉料称量存在的关键问题 在沥青搅拌设备粉料称量系统中，主要存在以下三个方面的问题： 1.2.1.1 给料方式及控制 用哪种方式进行给料可以保证称量过程在保证速度，精度，不出现超调的情 况下使中小型设备保证经济实用性。 1.2.1.2 空中落差量的影响 随着仓门的打开，粉料连续地落入称量斗，称斗内粉料的质量不断增加，当 测得的称斗重量值达到设定值时就停止供料， 则从仓门的出料口到称斗之间还有 一部分粉料，等这些粉料继续落入称量斗后，从而造成“超称”现象。为了避免 此类情况的发生，就必须在秤的指示值未达到设定值前就停止供科，而提前量的 差值则由滞留在空中的粉料来进行补充， 等空中的 “飞料” 全部落入到称量斗后。 恰好使粉料的重量等于设定值，这也就是所谓落差补偿的问题。 1.2.1.3 粉料冲击力的影响 出料口的粉料以一定的速度落入称量斗时会对称量斗底造成不小的冲击， 此 时称斗指示值不仅仅是粉料的重量，还有一部分是动态的冲击载荷力。因此，要 使得称量准确，这就需要在称量时去除这部分冲击力对结果的影响，或者是等待 一定时间后再获得准确的稳定读数，这就是所谓的冲击力对称量的影响。 1.2.1.4 时间滞后的影响 在工业控制过程中，由于物料或者能量的传输延迟，使得系统具有时滞特性 的控制对象相当的普遍，如沥青搅拌设备控制系统中，称量过程就是一个典型的 实例。由于系统的这种性质，使得系统常常产生超调或者振荡，影响系统的准确 和稳定性。 生产实践表明， 以上所提到的四个方面是影响沥青搅拌设备粉料称量准确性 的关键因素，这也直接影响到沥青混合料成品的质量。为使得称量准确，必须从 以上四方面着手研究，以提高称量的精度和称量的速度。 1.2.2 粉料称量中关键问题解决方法 为了解决以上四方面的问题，应该采取相应的措施来减少这些影响。影响粉第 6 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计料落差量和冲击力的最大因素，就是下料速度，下料速度越大，粉料对称底的影 响也就越大，落差量越大；相反，下料速度越小，粉料的冲击力也就越小，落差 量相应越小．当然，称量的速度不能过小，否则将影响称量的速度，应该解决好 称量速度与称量精度之间的最佳关系。 本论文研究的沥青混凝土搅拌设备粉料的动态称量和控制过程， 在结构上采 用了利用“蝶阀门”来控制粉料流速，通过“粗称”和“精称”以及“点动”三 个阶段既保证了称量的速度，同时又保证了称量精度．与此同时，对于拌合料粉 料动态称量的系统而言， 由于粉料的流量不稳定以及机械惯性等因素所造成的滞 后的问题，给提高称量精度带来了很大的困难。为了解决这些内容，就必须把称 量过程的大致曲线用 matlab 对龙格库塔法进行模拟，并且考虑到变系数情况， 这样经过模拟后的图像就把粉料称量过程中所遇到的问题全部体现到图像中， 对 图像进行分析后，选取合适的称量时间点，控制合适的称量状态，根据所得时间 以及控制方略，用 plc 进行称量控制，这样将问题得以解决。1.3 本论文的主要研究工作本论文的主要研究工作有以下几个方面： （1）从沥青搅拌设备的用途、功能以及国内外的发展状况出发，分析了粉料 称量过程中存在的关键问题。 （2）对给料方式进行设计。 （3）对影响称量误差的主要因素落差量和冲击力进行分析后，建立称量系统 数学模型。 （4）用 matlab 对所列数学模型进行仿真，依据粉料称量系统的工作原理， 以及图像所的信息，在称量系统数学模型的基础上，提出具体的控制策略，以达 到要求的称量速度和精度。 （5）在西门子编程软件 step7 环境下，对称量过程进行 plc 编程。 （6）进行 plc 外部接线及接口设计。第 7 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计2 粉料称量系统理论研究2.1 粉料称量系统的工作原理2.1.1 配料称重系统的构成 配料称重系统是由配料装置与称重系统两大部分组成， 配料装置主要由储料 斗、给料门/螺旋输送器等部件组成，称重系统包括矿料、矿粉与沥青三套计量 装置，主要由气路、空压机与气动元件、配料输送皮带/计量斗、气动电磁阀、 称重传感器等等组成。物料计量开始后，plc 输出信号接通气动电磁阀/电机， 在气缸/电机的作用下，打开给料门或接通进油阀/螺旋输送器，储料斗通过给料 门/进油阀/螺旋输送器向配料输送皮带/计量斗供料， 称重传感器将物料重量信号 输送至 plc 处理，当物料质量达到设定值时，plc 输出信号关闭或停止给料门/ 进油阀/螺旋输送器。 粉料称量装置主要由粉料斗、放料门（阀） 、传感器、气压阀等组成。传感 器最好设计成 3 个，保证粉料斗不发生偏载，放料门密封要好。另外，活动联接 部位好采用自由度较大的关节轴承，而不是简单的铰销，如下图 2.1 所示为粉体 称量装置的示意图。图 2.1 粉料称量装置示意图第 8 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计下面就粉料称量装置来说明称量系统控制工作原理: 矿料/沥青/矿粉的计量过程采用“粗喂料+细喂料+点动喂料”的方式喂料。 以矿料计量为例，首先打开某一粒径矿料储料斗的两扇给料门，将矿料投入到配 料皮带上进行称量，当配料皮带上的矿料重量达到所设定重量的某个百分比时， 停止粗喂料，将其中一扇门关闭，进行细喂料，当配料皮带上的矿料重量达到所 设定重量的更高的百分比时，关闭两扇门，然后采用点动的方式进行点动喂料， 直至达到矿料设定重量， 下位机记录此时该粒径矿料的重量值并开始下一粒径矿 料的计量过程， 此时的料重只需用采集到的重量数据减去该粒径矿料计量开始时 下位机中的初始数据即可获得，当所有粒径的矿料重量均达到设定数据时，计量 过程完成。沥青与矿粉的计量过程与矿料的基本相似。2.2 传感器的选择2.2.1 重力传感器 30t 沥青混合料拌合设备的称量配料系统采用重力自动装料秤。 典型的重力 式自动装料秤主要是由：秤体、称重传感器和称重显示控制器组成；其工作原理 是：称重传感器检测到被称量物料的重量后，先将物料重量信号输出至 plc，由 plc 对信号进行处理， 然后再通过气动系统来控制配料装置， 从而形成一个闭环 控制系统，以实现其高精度的计量。 称重传感器的选择，需要充分考虑以下几个因素： （1）量程与准确度 称重传感器量程是根据传感器选用的个数、最大称重的重量、最大偏载以及 动载等因素综合评价来确定。一般情况下，传感器的量程越接近传感器上所承受 的载荷，则其称量精度越高。但在实际使用过程中，由于加在传感器上的载荷除 了被称量物体外，还存在着冲击载荷、振动等载荷。因此，选择传感器的量程时 应综合考虑各方面因素。称重传感器量程通常用以下公式进行计算，该公式是在 充分考虑各影响因素下，经过大量的实验确定的。ck0 k1 k 2 k3 (wmax
w )n(2-1)式中：c—单个传感器额定量程；k 0 —安全系数值，一般取 1.2~1.3；k1 —冲 击系数值，一般取 1(无冲击)~1.5(冲击较大)；k2 —贮料仓的重心偏移系数值，贮 料仓和传感器在制造过程中一般都会有重心偏移， 一般不超过 1.05； 3 —风压系 k第 9 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计数，一般取 1~1.5；wmax —被称量物体的最大重量；w—贮料仓自重；n—选用 的传感器的数量。 对于传感器的准确度，则需以沥青混合料拌合设备行业的行业标准对其矿 料、沥青和矿粉的计量精度要求，来正确确定传感器的计量精度， 《强制间歇式 沥青混合料搅拌设备行业标准》这样规定，沥青、矿料、矿粉动态计量准确度分 别为±2.5%、±2.5%、±2%，静态计量准确度则为±0.5%、±0.5%、±0.25%。 (2)可靠性 可靠性是称重传感器产品在在规定的时间内，规定的条件下，完成规定功能 的能力。拌合设备称重传感器要求能长期使用而不需经常校准或者更换，加之考 虑到称重传感器工作环境恶劣，温度、冲击、振动、湿度、尘埃等干扰严重，因 此，沥青拌合站对传感器的可靠性要求较高。 30t 间歇式沥青混合料拌合设备矿料的计量装置自重大约 2000kg，最大的 矿料计量重量约为 1500kg，沥青与矿粉计量装置自重约为 50kg 左右，沥青计量 重量一般为沥青混合料重量的 4%~8%。因此，矿料称重传感器的称量范围为 2000kg~3500kg； 沥青和矿 粉的称 重传感器 得额定载 荷比较 小，一般 不超过 200kg。考虑到拌合设备工作条件与工作环境状况，对于矿料，安全系数值 k0 取 1.2，冲击系数值 k1 去 1.3，贮料仓重心偏移系数值 k2 取为 1.05，风压的系数 值 k 3 取 1，矿料称重传感器的数量为 4 个，由式 2.1 得矿料单个传感器的额定量 程 c 为 1433k g，对于沥青与矿粉，其称重传感器所受到的冲击远小于矿料称重 传感器，故其冲击系数 k1 可假定为 1.2，传感器数为 1 个，计算得沥青与矿粉的 传感器额定量程 c 约为 302k g， 在考虑沥青拌合设备中称重传感器的工作环境后， 据此选用福建省莆田市衡力传感器有限公司生产的 hl-b(2)型高精度抗扭抗冲 击拉压力传感器。图 2.2 hl-b(2)型高精度抗扭抗冲击拉压力传感器第 10 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计b 型传感器采用高等强度梁或 s 型双梁结构，具有良好的拉压对称性，抗偏 载、抗疲劳、抗侧向扭力。动态响应好，抗震动性能好，测量精度高。密封性好、 防腐蚀、防水、防尘能力好，适用于恶劣的工作环境，能长期进行稳定工作。适 用于水利、公路、电力、化工、建筑、港口等行业的工程机械。b 型传感器的精 度等级为 c3，用于矿料计量所用的传感器量程为 1500kg，用于沥青与矿粉计量 的传感器量程则约为 300kg。2.3 称重系统的数学模型分析2.3.1 数学模型的初步建立 应变式称重传感器和秤体构成的称重部分可以等效为一个二阶系统， 可以看 作是称量的动态模型，如图 2.3 图示，将其看作是有着干摩擦的质量—弹性—阻 尼系统。通过研究这一动态模型所获得的知识，将有助于了解称量的基本动态特 性及性能。f（t） m（t）mx kc图 2.3 称量系统模型根据动力学理论，模型的运动微分方程为： m
m(t )m——秤体的质量；d 2x dx
f (t ) 2 dt dt(2-2)m（t）——物料的质量； g（t）——物料的重量； c——等效阻尼系数；k——等效刚度；f(t)——物料下落的冲击力；第 11 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计x——秤体相对参考零点的位移； 式(2-2)是位移 x 与重量 g(t)的关系数学模型．由于位移 x 经信号放大电路、 传感器、ad 采集卡后与送到计算机的电压信号 u(t)成正比，因此式(2-2)也是电 压 u(t)与重量 g(t)的关系模型。 由式(2-2)可知， 此称重系统是一个时变线性系统。 2.3.2 各物理量大小及关系的建立 2.3.2.1 等效阻尼 c、等效刚度 k、秤体的质量 m 的确定 经实验可得，可知本设计的阻尼系数为 100，为了使称量斗在称重时，位移 量不要太大，选择支撑称量斗的钢筋铁链的等效刚度 k 为 3500000，称体的质量 为 2000kg。 2.3.2.2 物料的质量 m（t） 、物料的重量 g(t)、物料下落的冲击力 f(t) 分析以上方程可知：m(t)、g(t)、f(t)都是关于时间 t 或者位移 x 的函数。 当两个阀门全部打开时， 称量斗每秒中接到的粉料可通过料斗的口径大小初 步估计为 100kg/s,所以，当两蝶阀门全部打开时 m（t）=100t，此时，对应的 g(t)=1000t， t 时刻有一扇蝶阀门关闭时， 当 即系统进行细喂料时， m =100t+50 （t） （t-t） ，g(t)=（t-t） 。 f(t)的估计需要运用自由落体运动和动量定理，即利用公式 2gh= vt 以及2（2-3） （2-4）f*t=mv给料仓到称量斗的距离为 1.5m，所以代入公式（2-3）得 vt =5.5m/s 而粉料由速度 v t 变为 0 时，代入公式（2-4）得 当两蝶门全 部打开 即粗给料 时，f(t)=550n,当一 扇门关 闭即细给 料时， f(t)=275n。 2.3.2.3 龙格库塔法解变系数二阶微分方程 分析以上方程，为一个变系数的二阶微分方程，而本科阶段我们只学过常系 数的二阶微分方程的解法，所以要想对此方程进行解决，必须用到数值分析中的 ——龙格库塔法。 先假设此方程为常系数微分方程，利用龙格库塔法进行求解。龙格库塔法的 求解分以下几个步骤：第 12 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计（1）高阶泰勒法 假设初值问题 dy
f (t , y )
y (a)&&&&的解y (t)及f (t , y )足够光滑.将y (t i 1 )在t i 处作n阶泰勒展开, 得 y (t i 1 )
t i 1 . y (t i ) 2 y ( n ) (t i ) n y ( n 1) ( i ) n 1 h
h 2! n! (n
1)!at b（2-5）再将y (t i )
f (t i , y (t i )), 得 y (t i 1 )
f (t i , y (t i ))h
f (t i , y (t i )) 2 h
2! f ( n 1) (t i , y (t i )) n f ( n ) (t i , y (t i )) n 1
1)!当h充分小时
y0&&&&f (t i , y i ) 2 f ( n 1) (t i , y i ) n y i 1
f (t i , y i )h
2! n! 称上式为 n 阶泰勒法 （2）二阶龙格—库塔法 给定初值问题 dy
f (t , y ) a
确定常数c1 , c 2 及的值, 使以下数值解法
i 1 i 1 1 2 2
f (t i , y i ) k 2
的局部截断误差y (t i 1 )
o(h 3 ).第 13 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计首先将y (t i 1 )在t i 处展成幂级数 y (t i 1 )
f (t , y (t )) y (t )
f t(t , y (t ))
f y (t , y (t )) f (t , y (t )) 代入上式, 得 h2 y (t i 1 )
o(h 3 ) 2 其中f , f t , f y分别表示相应函数在点(t i , y (t i ))处的函数值. h2 y (t i )
o(h 3 ) 2由式(3), 得 yi 1
h[c1 f (t i , yi )
hf (t i , yi ))]利用二元函数的泰勒展开式，将函数f (t i
hk1 )在 点(t i , y i )处展开成 f (t i
f (t i , y i )
hf (t i , y i )
hf (t i , y i ) f y (t i , y i )
o(h 2 ) 代入上式, 得 y i 1
c 2 h( f t
o(h 2 )在局部截断误差的前提假设y i
y (t i )下, 得 1 y (t i 1 )
o(h 3 ) 2 3 要使局部截断误差y (t i 1 )
o(h ),当且仅当 1 c1
0 2 即常数c1 , c 2 ,
满足条件 1 2 方程组有三个未知数，但只有两个方程，因此可得到 c1
局部截断误差为o(h 3 )的计算公式.第 14 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计1 ,
1, 递推公式为 2
f (t , y ) i i
1 2 3 取c1
, 递推公式为 3 3 4
f (t , y ) i i
c 2 如果取 c1=0,c2=1,β =1/2,递推公式为 y0
f (t , y ) i i
hk 2 以上三式是三种常见的二阶龙格—库塔公式 局部截断误差为o(h3 ). （3）四阶龙格—库塔法 三阶龙格—库塔法y0
f (ti , yi )
k ) i 1 2 3
i 1 6 四阶龙格—库塔法第 15 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计y0
f (ti , yi )
hk ) i i 3
k 4 ) 2.3.3 用 matlab 模拟龙格库塔法对方程进行求解 程序如下： rkf45.m: function [rt rx]=rkf45(f,tspan,ya,m,tol) % input: % % % % % - f function column vector - tspan[a,b] left & right point of [a,b] - ya initial value column vector -m initial guess for number of steps-tol tolerance% output: % % - rt solution: vector of abscissas - rx solution: vector of ordinates% program by john.mathews, improved by liuliu@uestc if length(tspan)~=2 error('length of vector tspan must be 2.'); end if ~isnumeric(tspan) error('tspan should be a vector of integration steps.'); end if ~isnumeric(ya) error('ya should be a vector of initial conditions.');第 16 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计end h = diff(tspan); if any(sign(h(1))*h &= 0) error('entries of tspan are not in order.') ; end a=tspan(1); b=tspan(2); ya=ya(:); a2 = 1/4; b2 = 1/4; a3 = 3/8; b3 = 3/32; c3 = 9/32; a4 = 12/13; b4 = ; c4 = -; d4 = ; a5 = 1; b5 = 439/216; c5 = -8; d5 = ; e5 = -845/4104; a6 = 1/2; b6 = -8/27; c6 = 2; d6 = -; e6 = ; f6 = -11/40; r1 = 1/360; r3 = -128/4275; r4 = -; r5 = 1/50; r6 = 2/55; n1 = 25/216; n3 = ; n4 = ; n5 = -1/5; big = 1e15; h = (b-a)/m; hmin = h/64;% 步长自适应范围下限 hmax = 64*h;% 步长自适应范围上限 max1 = 200;% 迭代次数上限 y(1,:) = t(1) = j = 1; % tj = t(1); br = b - 0.00001*abs(b); while (t(j)&b), if ((t(j)+h)&br), h = b - t(j); end %caculate values of k1...k6,y1...y6 tj = t(j); yj = y(j,:);第 17 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计y1 = k1 = h*feval(f,tj,y1); y2 = yj+b2*k1; if big&abs(max(y2)) return, end k2 = h*feval(f,tj+a2*h,y2); y3 = yj+b3*k1+c3*k2; k3 = h*feval(f,tj+a3*h,y3); y4 = yj+b4*k1+c4*k2+d4*k3; k4 = h*feval(f,tj+a4*h,y4); y5 = yj+b5*k1+c5.*k2+d5*k3+e5*k4; k5 = h*feval(f,tj+a5*h,y5); y6 = yj+b6*k1+c6.*k2+d6*k3+e6*k4+f6*k5; if big&abs(max(y6)) return, end k6 = h*feval(f,tj+a6*h,y6); err = abs(r1*k1+r3*k3+r4*k4+r5*k5+r6*k6); ynew = yj+n1*k1+n3*k3+n4*k4+n5*k5; % error and step size control if ( (err&tol) | (h&2*hmin) ), y(j+1,:) = if ((tj+h)&br), t(j+1) = else t(j+1) = tj + end j = j+1; tj = t(j); end if (max(err)==0), s = 0; else if big&abs(max(y5)) return, end if big&abs(max(y4)) return, end if big&abs(max(y3)) return, end第 18 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计s1 = 0.84*(tol.*h./err).^(0.25);% 最佳步长值 s=min(s1); end if ((s&0.75)&(h&2*hmin)), h = h/2; end if ((s&1.50)&(2*h&hmax)), h = 2*h; end if ( (big&abs(y(j,:))) | (max1==j) ), return, end end % [rt rx]=[t' y]; rt=t'; rx=y; 下面为定义函数
m(t )d 2x dx
f (t ) ，正确的描述方程各个变 2 dt dt量系数，最终将图像进行模拟： function dx=fun(t,x) c=100; k=3500000; m=2000; if t&=10 g=1000*t; if t&10 g=*(t-10);第 19 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计if t&=10 f=550; if t&10; f=275； if t&=10 m=100*t; if t&10; m=1000+50*(t-10); dx=zeros(2,1); dx(2)=x(1); dx(1)=(g+f-c*x(1)-k*x(2))/(m+m）; 最后，在命令窗口中输入 [t,y] = rkf45(@fun,[0 20],[0,0]) plot(t,y) title('四阶龙格-库塔法模拟方程') 得到如下图像：第 20 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计第 21 页 共 46 页图 2.4将变系数二阶微分方程用 matlab 仿真30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计2.3.4 图像分析 由 matlab 进行仿真可得到如图 2.4 的振动图像，由图像可知：最初在给料刚 刚结束时， 系统的称量曲线振动非常剧烈， 随着时间的增加， 曲线震荡逐渐变缓， 随着时间的无限延长， 最终成为一条平行于 x 轴的一条直线， 即系统趋近于稳定。 产生这种现象的原因是因为：本系统为一振荡系统，由于阻尼 c、刚性系数 k 以 及变系数的存在，使得称量过程并不稳定，所以，称量时必须选定一合适时间， 以确保称量的准确性。由图像易知随着时间的增长，系统逐渐趋于稳定，但是需 要选定一合适时间，以避免时间过长影响生产效率。若时间过短，则系统振荡幅 度比较剧烈，可能产生超调，或者是称量误差很大，这样就与称量需要的精确度 有矛盾，如何找一个合适的时间值，这就需要通过图像分析获得合适时间点。通 过对图像分析，利用控制理论中的瞬态响应指标及其与系统参数的关系，控制调 整时间 ts 的选取，保证误差在±2.5%以内，不得出现过大的超调，且 ts 不能过 大，影响系统称量的快速性。如图所示：当系统平衡后，加速度值为 0.011m/s2 ， 为保证误差在±2.5%以内，在纵坐标上取 y=0.011275 和 y=0.010725 做两条平行 于 x 轴的水平直线，与加速度曲线有两个交点，分别过交点做 y 轴的平行线，交 x 轴分别为 5.2s 和 4.1s，为保证误差在±2.5%以内，可取得 ts=5.2s，即系统每次 点动完后等待 5.2 秒，称量才合理。2.4 控制方法的最终确定通过以上内容的分析， 在考虑到经济、 利益、 以及精确性和快速性的基础上， 为了更好的避免空中落差量、粉料冲击力以及时间滞后的影响，所以提出了前面 所提到的“三速法” ，通过控制两个阀门的打开状态，来满足本系统对于经济、 利益、以及精确性和快速性的要求，由于本系统是震荡系统，为了最后能够保证 称量精度在 5%以内，提出如下的控制方案：当粗给料时，粉料当达到所需称量 值的 80%时，此时关闭一个阀门，进行第二步——细给料，当所称量数值达到所 需值的 90%时两阀门全部关闭，细给料结束，最后进行点动控制，即精给料。每 次精给料完成后，需要等待 5.2 秒，再在进行称量，这样的称量方法既能满足快 速性，又能满足准确性要求，同时，与传统的螺旋输送器配料相比，可以节省很 大的成本，保证本设备的经济、使用性。下图 2.5 为控制策略。第 22 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计第 23 页 共 46 页图 2.5 控制策略30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计3 称量系统的西门子 plc 的硬件设计3.1 可编程序控制器(plc)介绍3.1.1 选择合适的 plc 据国际电工委员会(iec)在 1987 年对可编程序控制器的定义可知，可编程序 “ 控制器是用于一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下的应用而设 计，它采用一系列可编程序的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、定 时、顺序控制、技术和算术操作等面向用户的操作命令，并通过模拟式或数字式 输入输出， 控制各种类型的机械或生产过程， plc 及其外部有关设备都应按易于 与工业系统联成一个有机整体， 易于扩充其功能的原则设计。此定义强调了 plc ” 是专门为工业环境应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点[11][12]。 （1）编程简单，易于使用 （2）可靠性高、抗干扰能力强 （3）硬件配套齐全，控制具有很好的柔性 （4）控制功能完善 （5）控制系统设计、安装、调试工作量少 30t 间歇式沥青混合料拌合设备控制系统要求 plc 必须具备： （1）运算功能极强，数据处理速度快。 （2）接收现场各种数字量信号以及模拟量信号。 （3）能方便的实现与触摸屏的通信,将拌合设备运行状态以及各种监测信号 实时数据传送至触摸屏上显示。 因此， 在综合考虑控制系统的功能要求和成本要求后， 选用 siemes 公司为 中国用户特别定制的 s7-200 cn 系列可编程序控制器作为这一控制系统的核心。 通过查看 s7-200 cn 系列各种型号 cpu 主要特性，包括存储器容量、模拟量/ 数字量 i/o 数、最大扩展模块数量、指令执行时间、各类编程元件等，选用具有 中等程序存储空间与较高处理性能的 cpu224 cn 6es7 214-1ad23，其主要技术 参数见表 3-1。表 3-1 cpu224 cn 6es7 214-1ad23 的技术参数第 24 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计cpu 技术参数项目 集成的数字量输入/输出 最大模块扩展数量 最大可扩展的数字量输入/输出范围 最大可扩展的模拟量输入/输出范围 用户程序区 数据存储区 布尔量运算执行时间 标志寄存器/计数器/定时器 支持的通信协议 实时时钟 外形尺寸（w×h×d） （mm） 功耗（w）参数数值 14 入/10 出 7 168 点 35 点 8kb 8kb 0.22
s 256/256/256 ppi，mpi，自由口，profibus dp 内置时钟 120.5×80×62 7（dc） 、10（继电器）因为开关量输入/输出信号较多，为保持系统结构紧凑，数字量输入模块选 用 8 端子 24v dc 输入、光耦隔离的 em221，数字量 i/o 扩展模块选用 24v dc 16 输入/16 输出的 em223；模拟量的输入含有沥青、矿粉、矿料称重传感器以及 温度传感器等共 4 路模拟量输入信号。因此，模拟量扩展模块选用 24v dc 4 输 入的 em231；考虑到 plc 的功耗，电源模块选用 s-100-24 的开关电源，其输出 电压为 24v，输出电流达到 4.5a。3.2 西门子 plc 控制器的接口设计3.2.1 数字量模块 em223i/o 接线电路西门子的接口为十四个输入端口，是十个输出端口，现将称量系统的接口设 计图设计如下，如图 3.1 所示：第 25 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计图 3.1 西门子 plc 控制器的数字量模块 em223i/o 接线电路 （各个按键的功能如图所示）3.2.2模拟量模块 em223i/o 接线电路图 3.2 模拟量模块 em231 i/o 接线电路图 注释：如图所示,传感器最初传递的是电压信号，由于 plc 只能识别 4~20ma 的电流信 号，所以通过变送器将电压信号转变成电流信号传递到 plc 中，通过骨料传感 器、石粉传感器、沥青传感器全部从一条线上引出，即三者分别是在上一步完成 的基础上继续称量， 并将上一步完成后的称量值整体送到变量中， 这样每次称量 后的值，减去上一步完成后的称量值的差值，就为这一步的称量值。i/o 分配表 见附录 b第 26 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计3.3 西门子 plc 控制器的控制电路设计3.3.1 配料的控制电路（手动、自动）图 3.3 配料的控制电路 注释：ka1、ka2、ka3、ka4、ka5、ka6 分别控制一号仓门左、二号仓门左、三号 仓门左、一号仓门右、二号仓门右、二号仓门右。3.3.2皮带传送电机的控制电路（手动、自动）皮带传送包括正传和反转两种状态，将控制电路图设计如下图 3.4 和 3.5 所 示：第 27 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计图 3.4 皮带传送电机的控制电路（手动、自动）图 3.5 皮带传送电机控制电路（正传、反转） 注释：st1 为行程开关，当提升料斗将行程开关按下时，即料斗到达初始位置是，才可以正 转，以防止料斗未在始点皮带正转后将骨料撒到地上。kt13 为失电延时开关，设定 合适时间，当 st1 复位后，kt13 会在设定时间之后才会断开，以保持皮带在设定时 间内一直处于正传状态。第 28 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计4 称量系统的西门子 plc 的软件设计4.1 step 7 简介step 7 编程软件主要是应用于西门子系列工程控制产品如 simatic s7、 m7、c7 和基于 pc 的 winac,是供它们参数设置、编程和监控的标准工具，是 simatic 工业软件的重要组成部分。 step 7 采用项目形式来管理一个自动化系 统的软件和硬件，其标准软件包提供 simatic 管理器、硬件组态工具、符号表 编辑器、硬件诊断、编程工具和 netpro 网络组态工具等，对项目进行集中管理。 硬 件 组态 工 具用 于 对自 动化 项 目中 使用 的 硬件 进行 配 置和 参 数的 设置 ； simatic 管理器用于集中管理控制自动化项目中的软件和硬件，并且可在离线 以及在线方式下，组态硬件网络、建立项目和编写程序；符号表编辑器用于管理 所有的全局变量；step 7 提供的编程工具有梯形图(lad) 、语句表(stl)和功能 块图(fbd)三种，语句表是 step 7 编程的文本表达方式，梯形图和功能块图是 step 7 编程的图形表达方式。 plc 的系统软件部分一般可以划分为操作系统和用户程序。 操作系统是用于 分配和管理 plc 内部各种软硬件资源的，如处理 plc 的启动、刷新输入/输出过 程映像表、处理中断和错误、调用用户程序、通信和管理存储区等。用户程序是 用户使用 step 7 编程工具编写程序进行编译后生成的，通过将程序下载到 cpu 运行，实现与特定的控制任务相关功能。4.2 plc 程序设计4.2.1 30t 间歇式沥青混合料拌合设备生产过程的任务分析 任务分析是一种分析的过程，分析人们完成任务的方法：他们要做的事情、 要起作用的事请，要知道的事请。主要的分析方法有：任务分解、基于实体关系 的分析和基于知识的技术。表 4-1 矿料生产工艺流程分解任务涉及对象和动作任务涉及对象和动作 储料斗功能 储存矿料第 29 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计给料门 配料输送皮 计量 带 称重传感器 气动系统 空压机 plc 4.2.1.1 主程序控制储料斗中矿料的下料速度 装载通过给料门下到皮带上的矿料计量皮带和矿料，传送信号至 plc 控制给料门动作 为所有气动系统动作提供动力 读取矿料重量信号，控制气动系统动作主程序在初始化后，根据各种条件调用到不同的功能块实现相应的功能。其 程序流程图如图 4.1 所示。图 4.1 主程序流程图4.2.1.2 数据处理模块 数据处理模块包括信号滤波、数据处理、校秤和计量控制四个程序模块。信 号滤波模块对于称重传感器传送的信号进行数字滤波处理， 滤除信号中的干扰信 号并将信号由模拟量数值转化为对应的重量或温度值； 数据处理模块将滤波后的 信号经过落差调整等的运算后，将该信号值与已经设定的参考数值相比较，产生 相应的控制信号以供计量或其他模块使用； 计量模块根据数据处理模块中提供的第 30 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计信号值，控制气动系统，调节给料的速度；校秤模块用于校正电子秤。其程序流 程图如图 4.2 所示。图 4.2 数据处理模块程序流程图4.2.2对称量过程进行 plc 程序设计及编写运用西门子 step 7 对过程进行控制及编写：plc 程序如下所示：第 31 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计第 32 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计第 33 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计第 34 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计第 35 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计第 36 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计第 37 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计注释：以上所用到的地址见附录 a以上程序的解释： 在所有程序之前先进行滤波处理，将干扰信号全部剔除，读取有用的信号。 从程序 network1~network15 将需要控制的骨料 1、2、3，沥青、矿粉的目标值的 80%、90%、97.5%的控制量计算出，network16 将 m27.0 置一，即骨料一开始称 量，network17 为骨料一重量的称量，称量过程为当 g1 &=g 目 1 *80%时，下料仓 1 的仓门左、 仓门右全部打开， （此功能由时间继电器实现控制） 此时进行粗称量。 ， 当 g1 =80%时，仓门左开，仓门右关闭，当 g 目 1 *80%&g1 &=g 目 1 *90%时，仓门 左一直关闭仓门右一直打开，此时进行细称量。当 90% g 目 1 &=g1 &= g 目 1 时，两 门全部关闭，此后通过时间继电器 tof 进行细给料，左仓门打开 0.5s 后马上关 闭，此后利用 ton 计时器控制延时，即过 5.2 秒后检查是否重量是否到达目标 量的 97.5%，因为 plc 为循环扫描，若没达到 97.5%，进行下一次扫描，依次循 环，最后达到想要的称量值，此值与 g 目 1 相比，误差控制在±2.5%之内，符合 控制要求。第 38 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计同样，network18 和 network19 为骨料二及骨料三与骨料一的称量原理完全 相同。只是其称量过程是在骨料一已经存在的基础上进行称量，称量骨料二时， 现将骨料一称完后的重量值存入到新的变量中， 再将实施称量值减去骨料一的称 量重量即为骨料二的实时重量，这样后面的过程就与矿料一的称量原理完全相 同。 同理，network22 和 network23 为沥青、矿粉的称量控制也如骨料的称量原 理相同。 network20 和 network21 为控制皮带传送。第 39 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计5 总结5.1 课题研究总结我国已经经历过了高等级公路的建设大高潮， 在全国已经形成了四通八达的 交通网络，在今后相当长的一段时间内，大规模的公路建设会很难出现。要求比 较低的乡村公路建设将逐步展开， 与此同时对公路网的维修维护会成为了公路建 设的主要工作。所以，如何开发经济、实用、便捷、机动能够满足小型公路，并 且成本较低的沥青混合料拌合设备将越来越重要。 小型沥青混合料拌合设备 30t 的需求量将日益增加， 本文顺应时代要求， 对小型沥青混合料拌合设备的关键部 分即影响到混合料比例的称量部分进行了深入分析， 提出了新的给料以及称量方 法与控制过程， 从理论上再到实际应用中都进行了详细的分析和设计。 现对本文 总结如下： （1）根据 30t 沥青混合料拌合设备的生产要求，以及发展现状，进行了给 料方式设计，即“三速法” 。通过对两阀门的控制，来实现给料，既保证快速性， 有保证经济性和准确性。 （2）对称量过程建立数学模型，用龙格库塔法对其进行分析。 （3）用 matlab 对方程进行模拟。 （4）设计了 plc 硬件和软件，对称量过程进行控制。 通过这样的方法就能够实现对称量过程进行快速、准确、经济的控制。5.2 有待进一步研究的问题由于个人的能力及时间关系的原因，本文只做了以上工作的研究，为了进一 步提高整体性能，需要进行探讨的问题如下： （1）随着人们对于沥青质量要求的提高，这种方法还不能够实现非常精确 的称量，虽然利用螺旋输送器可以实现精度的提高，但是由于其费用高，影响设 备的经济性，所以还需要进行这方面研究。 （2）虽然现在能够实现称量控制，但是一旦系统出现故障，不能很快的发 现故障，所以还需要利用组态来实现实时监控。第 40 页 共 46 页30t 沥青混合料拌合设备——配料控制的设计参考文献[1] 张超群．国内沥青搅拌设备技术现状和发展趋势．建筑机械，2007，(17)： 14-17. 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14:39:47 14:34:42 13:42:10 13:42:01 08:31:12 08:21:44 01:34:13 23:13:22 22:34:04 16:14:08