基于西门子S7-1200plc沥青沙搅拌机总监控控制系统设计
摘要：在当今自动化控制技术不断进步，受益的领域逐渐增多。可编程控制器PLC作为传动新式的产品替代了以往的继电器控制，PLC可编程控制器可以通过改变PLC的程序改变系统的运行控制流程，凭借的控制能力强、体积小、抗干扰能力强广受工业自动化推崇。本次主要是对沥青砂石搅拌系统以及监控进行设计研究，该设计主要实现沥青的加热以及砂石的混合搅拌，并通过监控上位机实现对整个系统的远程监控。沥青沙搅拌机监控控制系统采用了西门子S7-1200作为整个系统的主要控制器，由于沥青的加热融化要求较高，沥青需要实现PID恒温加热，采用模拟量传感器对整个沥青砂石搅拌罐进行温度读取，结合PID微积分控制实现一个闭环的温控系统。沥青和砂石的需要按照一定比例进行配比，需要采用电子秤重实现，沥青加热后与砂石进行搅拌混合，搅拌电机会随着加热温度的变化进行变频调速，使得搅拌的效率更高。监控采用了HMI上位机实现PLC的通信，完成上位机对整个系统的监控反馈，方便用户可视化远程了解沥青砂石搅拌系统的运行情况，整个系统更加智能化。
关键词：可编程控制器；PID;组态；上位机
Design of total monitoring and control system for asphalt sand Mixer based on plc
Abstract: Nowadays, with the continuous progress of automatic control technology, more and more fields benefit from it. As a new transmission product, PLC replaces the previous relay control. PLC programmable controller can change the operation control process of the system by changing the PLC program. It is widely respected by industrial automation because of its strong control ability, small volume and strong anti-interference ability. This design mainly focuses on the design and research of asphalt gravel mixing system and monitoring. The design mainly realizes the heating of asphalt and the mixing and mixing of gravel, and realizes the remote monitoring of the whole system through the monitoring host computer. The monitoring and control system of asphalt sand mixer adopts Siemens s7-1200 as the main controller of the whole system. Due to the high requirements of asphalt heating and melting, the asphalt needs to realize PID constant temperature heating. The analog sensor is used to read the temperature of the whole asphalt sand mixing tank, and a closed-loop temperature control system is realized combined with PID calculus control. Asphalt and gravel need to be proportioned according to a certain proportion, which needs to be realized by electronic weighing. After asphalt is heated, it is mixed with gravel. The mixing motor will carry out frequency conversion speed regulation with the change of heating temperature, so as to improve the mixing efficiency. The monitoring adopts HMI host computer to realize PLC communication and complete the monitoring feedback of the host computer to the whole system, which is convenient for users to visually and remotely understand the operation of asphalt gravel mixing system, and the whole system is more intelligent.
Keywords: Programmable controller; PID; Configuration; Upper computer
目录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2课题研究的目的及意义 1
1.3设计的研究内容 2
第二章 沥青砂石搅拌监控的方案设计 4
2.1 沥青恒温方案设计 4
2.1.1 PID温控原理 7
2.2 搅拌方案设计 9
2.3 系统方案及功能设计 9
第三章 硬件的选型 13
1.1 PLC的选型 13
3.1.1 PLC的概述 13
3.1.2 PLC的组成结构 14
3.1.3 PLC的运行原理 15
3.1.4 PLC的选型要求 15
3.2 变频器的选型 19
3.3 称重传感器的选型 20
3.4 温度传感器的选型 22
3.5 闸板阀的选型 23
3.6 搅拌机及风机的选型 25
3.7 加热器的选型 26
3.8 主电路设计 27
第四章 软件的设计 28
4.1 控制流程 28
4.2 梯形图设计 29
4.2.1主程序的设计 29
4.3 程序的仿真调试 35
4.3 HMI上位机设计 42
结论 45
参考文献 46
第一章绪论
1.1选题背景
这些年来我国大力发展国家基础建设，我国的城市和城市之间的道路也在快速的铺设。道路的铺设原料大多来源于沥青和砂石，以往的道路多采用混泥土浇筑，但是混泥土的造价成本太高，不适合长远距离的道路铺设。沥青和砂石目前作为我国重要道路铺设的材料已经广泛应用于高速、城市快速通道、隧道等道路的应用。由于沥青该种材料的特殊性在常温情况下沥青是固体状态坚硬程度可靠也耐磨，在加温后沥青可以软化随着温度逐渐加高也会流体化，配合砂石的混合可以做成道路铺设的重要材料。由于人工沥青砂石的加热搅拌混合效率有限，并且在沥青的加温融化把握不准确，过度的高温会导致沥青散发出有毒有害气体。在大工程的情况下，光靠人力实现沥青和砂石的搅拌混合显然不可能，所以市场上急需一款可以实现自动加热沥青并与砂石搅拌的自动化设备。从2016年至2020年我国高速道路的铺设正以每年15%的速度快速建设，沥青和砂石的投入产量也在同比往年增加25%，在大产量的投入下势必自动化的沥青砂搅拌机会成为各个厂家的首选，这也是未来发展的趋势。
细胞的培养对于温度的控制是非常严格的，稍有偏差就会导致实验的失败。还有对于一些细胞的储存，由于无法达到指定温度的恒温，导致细胞无法实现恒温储存。以往的自动化细胞培养温控系统大多采用继电器控制，这种控制需要复杂的接线，并且对于温度的把控不够精准。随着多元化控制理念的出现PID控制、DCS控制逐渐取代以往的传统温控方式,PID的结构简单、稳定性好、工作可靠。在未来的细胞培养温控机系统上，PID温控方式已经成为了发展的趋势。
1.2课题研究的目的及意义
本次设计的沥青砂石搅拌监控系统设计，该系统有助于提高沥青砂石搅系统的工作效率，同时也可以保证了沥青加热恒温的稳定性。目前大多数自动化沥青砂石搅拌系统都采用了老式的接触器和继电器控制手段，这种控制手段的元件使用量高，并且占用的体积较大。在控制上机械触点会随着系统的复杂程度变多，这也导致了该种控制方式的故障率极高。由于继电器和接触器控制接线非常的复杂，在后期系统出现故障的时候不利于排除故障。在控制功能上接触器和继电器过于单一，不适合高智能化控制要求。在沥青加热过程中对温度的把控不到位，温度一味的加高也会使得沥青挥发出有毒有害气体。
通过PLC控制可以实现对沥青搅拌控制的集成控制，相比较于接触器和继电器可以省去复杂的接线，以及可以控制更加复杂的工艺和多样化的功能。通过温度传感器实现对搅拌罐内的温度进行读取并通过A/D模块把模拟量信号转化成数字量信号让PLC识别，为老旧的温控系统开辟了新的道路。同时结合了恒温控制技术，使得沥青在搅拌管内加温融化恒定减少有毒有害气体的挥发，搅拌机也采用了变频器调速的功能，根据温度的不断升高进行变频调速运行，变频器具备了软启动同时可以保护电机短路或者过载。并且结合了HMI上位机实现对整个沥青砂石搅拌系统的监控反馈，方便用户远程实时可视化了解整个系统的运行情况。通过PLC控制结合HMI上位机可以让整个系统的自动化程度更高，操作方式更加的简单明了，不仅提高了整个沥青砂石搅拌的工作效率，同时也做到了节能、节资、环保，这也是自动化未来发展的标准条件。
1.3设计的研究内容
本次的设计师基于PLC沥青砂石搅拌总监控系统设计，沥青砂石搅拌需要实现沥青和砂石的精准配比、沥青的恒温加热、搅拌机变频调速、电子称重、上位机监控这几个主要控制要求组成的。沥青的加热温度需要根据沥青的融化机制，并通过恒温加热使得沥青的融化点保持恒定，降低过度加热导致沥青挥发出有毒有害气体。并实现沥青和砂石的变频搅拌，并配合HMI上位机监控反馈方便用户可视化了解系统运行情况。如下为本次设计的步骤：
1.完成整个PLC沥青砂石搅拌总监控系统的控制方案设计，控制方案包括了砂石和沥青的配比方案、沥青恒温加热的控制方案、搅拌电机的变频器调速方案、PLC和上位机通信监控方案。
2.根据沥青恒温加热的控制方法，分析并选择最为适合本次PLC可编程控制的恒温温控方法。
3.完成沥青砂石搅拌的功能的确定，并制定出整个系统的大致流程，并对每个功能进行分析确立。
4.根据系统的功能制定出I/O分配表，并绘制出PLC的外部接线图和系统的主电路。
5.完成对沥青砂石搅拌系统的硬件选型，其中包裹温度传感器、搅拌电机、变频器、阀门、排风机。选型需要根据系统的实际需求，选择最为适合本次设计的硬件型号。
6.完成整个沥青砂石搅拌的控制流程，绘制系统的控制流程图。
7.通过编程软件博图V15完成对西门子PLC的梯形图编程，并通过PLC SIM实现对整个系统进行调试仿真。
8.设计上位机HMI，并实现PLC和HMI的通信，实现用户远程监控反馈整个系统的运行情况。
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