沥青混凝土拌和设备控制系统设计Word文件下载.docx
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沥青混凝土拌和设备是工程筑路机械中的关键设备之一,其控制关键技术长期被国外垄断,为满足国内企业发展的迫切需要。
1.1强制式沥青拌和设备简介
强制间歇式沥青混合料拌和设备主要有冷骨料供给装置（包括3~6个碎石、砂子储仓，皮带或振动给料器以及水平皮带输送机和斜皮带输送机等）、冷骨料烘干加热装置（干燥滚筒与燃烧装置等）、热骨料提升装置（热骨料垂直式提升机或倾斜式提升机）、热骨料筛分与储存装置（筛分机与热骨料储仓）、热骨料计量装置、石粉储存、输送和定量供给装置（包括石粉仓、螺旋输送机和石粉计量秤等）、沥青储存、加热、输送和定量供给装置（包括沥青储罐、沥青熔化加热装置、沥青输送泵、沥青计量秤和沥青喷洒装置）、拌和装置、成品料输送、储存及加热保温装置、除尘装置、控制装置等组成如图1-1所示。
图1-1强制间歇式沥青混合料拌和设备
-冷矿料输送机；
3-冷矿料烘干滚筒；
4-热矿
1-冷矿料储存及配料装置；
2 料提升机；
5-热矿料筛分及储存装置；
6-热矿料计量装置；
7-矿粉储存仓；
8-沥青供给系统；
9-拌和器；
10-成品料储存仓；
11-除尘
1.2工艺流程
沥青混凝土搅拌设备的工艺流程如下：
（1）不同规格的冷砂石料分别储存各自的料斗→冷骨料定量给料装置对各料安容积进
行粗配→冷骨料输送机传输→干燥滚筒干燥加热（喷燃气的火焰逆料流烘干加热到足够温度）
→热骨料提升机转输→热骨料筛分机筛分→热骨料储入各自的临时料斗（以上过程为连续进行）→热骨料计量装置精确称量→搅拌器搅拌。
（2）石粉→石粉储仓→石粉称量装置→搅拌器搅拌。
（3）沥青（流体）→沥青保温灌→沥青称量装置→搅拌器搅拌→搅拌好的成品料→直接运往工地或由产品料车送入产品混合料储料仓。
（4）干燥滚筒与热骨料筛分机等所产生的粉尘→除尘装置将粉尘分离出来→石粉定量给料装置回收再用为了保证沥青混凝土搅拌设备按要求的工艺流程运行及得到高质量的沥青混凝土混合料。
1.３自动控制系统
沥青混凝土拌和设备计算机控制系统采用分布式上下位机结构,采用一台可编程控制器作下位机完成全部设备的启停控制、逻辑顺序控制及定量控制,使用一台上位计算机完成配比计算设定、动态流程显示、报警显示、历史数据记录及查询、报表的生成与打印。
系统主要组成。
除机械本体及执行机构以外,控制系统主要由设备供电及起停控制、计算机监督控制、物料输送及配料控制、燃烧及温度控制等组成。
无论搅拌设备的结构形式如何，都采用了电子监测和自动控制系统。
有多台电子秤组成的称量系统实现骨料、石粉和沥青等成分的精确配比；
干燥滚筒出料温度的自控系统；
沥青加热的导热油自控系统等。
控制形式有继电接触器控制型式、程序控制型式、可编程控制器
（PLC）式、单片机和微机控制型式及几种控制型式并存的混合控制型式。
2计量系统总体方案设计
2.1计量系统工作过程
沥青混凝土拌和设备的控制系统是通过上位机来控制下位机来实现，下位机利用单片机实现沥青拌和设备的热骨料及热沥青的计量、搅拌器电机及料门的控制。
热骨料计量料斗、热沥青计量量筒分别通过四个和三个称重传感器悬调，热骨料料仓为三个，通过气缸控制料门的开闭。
沥青量筒通过两个气缸分别控制沥青的加入和排出。
整个系统通过单片机来控制如图2-1所示，工作时系统采集骨料和沥青质量的模拟信号，驱动七个电磁阀控制七个气缸的运动，完成骨料和沥青的计量。
热骨料的称量采用四只1t
的传感器并联使用。
计量斗得骨料质量通过称重传感器将质量转变为电压信号，电压信号经过电压放大芯片放大，再经过A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号，经单片机发送到控制端。
当达到质量要求是，计量斗得料斗门打开将骨料分两次放入搅拌器中。
电磁阀的驱动通过单片机的I/O口，利用锁存器扩展出24路端口，通过扩展端口中的
14路驱动电磁阀的运动。
当骨料放入搅拌器后，单片机发出信号控制电机电源接通，搅拌器的电机启动采用星型
——三角启动，电动机的启动采用扩展的3路端口控制继电器驱动接触器来实现。
图2-1系统总体功能图
2.2计量过程
粗级配的冷骨料经烘干滚筒加热后，由提升机输送于振动筛，振动筛将热骨料混合料筛分为不同粒径的四种料，分别储存在各自的热料仓中（1~3号仓）。
热料仓底部各有一个放料弧门，由气缸控制其关闭。
三个料仓的骨料依次放入称量斗中进行称量，称量完毕后放料门将骨料分两次放入搅拌锅中，如图2-2所示。
称量斗中有块隔板，一边放石料，一边放砂料，放料时先放石料，后放砂料。
放料门由两个对接的气缸控制，当以气缸杆伸出时，放料门开至一半，石料放出；
当另一个气缸杆也伸出时，放料门完全打开，砂料放出。
称量系统分为热骨料的称量和热沥青的称量，热骨料称量采用四支称重传感器并联，热沥青称量采用三支称重传感器并联。
传感器采用电阻应变片式桥式连接，电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：
弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
热骨料和沥青的承重传感器采用并联电压输出方式，随着料斗中骨料质量的增加，应变片产生变形，输出端产生微弱的电压信号经过变送器放大，放大后的信号经ADC0809转换发送给单片机处理信号产生相应的命令动作。
图2-2间歇式搅拌设备计量
1-搅拌器；
2-喷嘴；
3-石粉称量斗；
4-石粉螺旋给料器；
5-石粉计量器；
6-储料仓；
7-矿料称量斗；
8-二通阀；
9-矿料计量秤；
10-回油管路；
11-进油管路；
12-沥青计量秤；
13-沥青称量桶；
14-沥青保温桶；
15-沥青喷射泵
沥青拌和设备的计量控制系统用来完成集料、粉料和沥青的计量工作，拌和设备采用重量计量方式，通过称量斗和计量秤来完成，如图2-3所示。
图2-3沥青供给装置
1-沥青喷管；
2-操作气缸；
3-三通阀；
4-沥青回油管；
5沥青进油管路；
6-计量斗；
7-保温装置；
8-阀门；
9-沥青泵
沥青罐内设置一量桶，量桶通过传感器悬挂在机架上，其底部有一锥形阀。
锥形阀的启闭是由压缩空气通过阀杆顶部的汽缸作用实现的。
计量前，汽缸使锥形阀关闭，三通阀使沥青注入管与量桶相通，沥青进入量桶。
当注入量达到设定值时，电子仪表给执行机构发出信号，致使三通阀换位，切断进入量桶的沥青通路，进、回沥青管路相通。
随后汽缸将锥形阀开启，计量好的沥青有沥青喷量泵输送到搅拌器内。
装置外设有保温套，注入导热油即可进行保温。
3系统主要元件的选择
系统硬件主要包括：
称重传感器、信号放大器、继电器驱动电路、接触器驱动电路、电动机、气缸及其电磁阀。
3.1称重传感器的选择
KB-2型称重传感器，采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉、压输出对称性好，精度高，量程范围广，结构紧凑，安装使用方便，广泛用于机电结合秤、吊钩秤、料斗秤、包装秤等各种测力、称重传感器如图3-1所示。
主要技术指标：
灵敏度（mV/V）1~2.5非线性（%FS）0.05
重复性（%FS）0.05滞后（%FS）0.03
供桥电压（VDC）12输入阻抗（Ω）380±
20输出阻抗（Ω）350±
10
7
绝缘电阻（MΩ/100V）≥1000工作温度（℃）–10~+60
热零点偏移（%FS/10℃）0.05热灵敏度偏移（%FS/10℃）0.05允许过负荷（%FS）120
图3-1称重传感器
接线方式插座：
1、电源（+）2、输出（+）3、输出（-）4、电源（-）
对于骨料料斗选择四个量程400KG的，对于沥青选择三个量程为50KG的。
3.2变送器的选择
选择TR200H高精度称重变送器。
特点：
采用SMT工艺制造，输入/输出/电源三方隔离，经济、可靠、简便，针对工业过程之电阻应变式信号（如称重传感器、测力传感
器、张力放大器等）变送而设计制造，可用于不同规格称重、测力传感器皆可使用如图。
技术指标：
电源：
24VDC/AC±
10%
精度：
满量程之0.05%
激励电压：
DC10Vmax120mA
零位调校范围：
0~20mV输入信号：
0~30mV
第一路输出信号：
4~20mA/0~20mA第二路输出信号：
0~5V/1~5V/0~10V
图3-6变送器
这里选择第二路输出信号1~5V，可以直接连接单片机的AD转换口。
3.3低压电器元件的选择
低压电气元件在整个系统中起到控制作用，是整个系统在安全的环境下正常工作，低压电气元件包括继电器、接触器、熔断器。
（1）继电器的选择
继电器主要选用松下中间继电器AHN22124DC24V带二极管如图3-2所示。
技术参数：
线圈电源24（V）额定工作电流10（A）额定工作电压24（V）
（2）接触器的选择
接触器选用LC1-D12交流接触器如图3-3所示。
主要技术参数为：
额定绝缘电压：
690V
约定自由空气发热电流：
55A
可控制的三相异步电动机的最大功率：
22KW（380V）
每小时操作循环数：
1200次/h
电寿命：
100万次
线圈功率：
起动175VA，保持19VA
图3-2继电器
图3-3接触器
（3）熔断器的选择
熔断器选用RT14系列有填料封闭管式圆筒帽形熔断器适用于交流50Hz，额定电压为550V，额定电流为100A及以下的工业电气装置的配电设备中，作为线路过载和短路保护之
用。
3.4气缸及电磁阀的选择
（1）气缸的选择
根据推力为50Kg，设气压为0.5MPa，计算出气缸内径最小为40MM，考虑到有杆腔受力面积要减去杆的横截面积，所以取63MM，又行程为400MM，初步选定气缸为：
SC63-
400。
由于要用到接近开关所以选用附磁石的，所以选用SC63-400S2如图3-5所示。
相关参数：
动作形式：
复动型工作介质：
压缩空气工作压力:
0.1-1Mpa
使用速度:
50-500mm/scc
使用温度：
-10~70C
19
缓冲：
两端可调缓冲接管口径：
3/8
图3-5气缸
（2）电磁阀的选择
电磁阀选用三位五通电磁阀，型号：
4V330P-08-AC220V如图3-4所示。
工作介质：
空气（经40mm滤网过滤）动作方式：
内部先导式
润滑：
不需要
使用压力:
0.15~0.8MPa（21~114Psi）最大耐压力：
1.2MPa（170Psi）
工作温度：
-5~60℃（23~140°
F）
保护等级：
IP65（DIN40050）
接电型式：
端子式、出线式最高动作频率：
4次/秒
激磁时间：
0.05秒以下
图3-4电磁阀
4系统硬件系统的设计
系统的硬件系统主要由上位机和下位机以及各控制器件组成，完成系统的工作任务，使整个系统安要求正常工作。
4.1单片机的接口电路
单片机的选择应符合控制要求，低功耗、高速、高可靠性、价格低廉，保证资源的合理利用，故选用ATMEL公司生产的AT89C52低电压，高性能CMOS、8位单片机。
片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器
（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH由存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合如图4-1所示。
主要性能：
（1）与MCS-51产品指令和引脚完全兼容。
（2）8字节可重擦写FLASH闪速存储器。
（3）1000次擦写周期。
（4）全静态操作：
0HZ-24MHZ。
（5）三级加密程序存储器。
（6）256X8字节内部RAM。
（7）32个可编程I/0口线。
（8）3个16位定时／计数器。
（9）8个中断源。
（10）可编程串行UART通道。
（11）低功耗空闲和掉电模式。
图4-1AT89C52单片机
在单片机的接口电路中需要扩展24路接口来控制继电器工作，在采集传感器信息的电路中需要使用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号。
在和PC机通讯的工程中需要通过电平转换来完成信息的收发。
单片机接口的扩展采用三片74LS373锁存器，驱动电路采用三片ULN2003驱动芯片，
如图4-2所示。
图4-2 AT89C52单片机接口扩展及驱动系统电路图
图4-3A/D转换芯片
驱动芯片采用LN2003，ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V
的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。
ULN2003采用DIP—16或
SOP—16塑料封装。
ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。
它是双列
16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL
COMS,由达林顿管组成驱动电路。
ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO约为36V。
用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。
采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。
通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。
A/D转换器采用ADC0809芯片如图4-3所示，ADC0809具有8路模拟量输入，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，输出8位二进制数字量，芯片的主要部分是一个8位逐次逼近式A/D转换器。
为了能实现8路模拟信号的分时采样，片内设置了8路模拟选通开关以及相应的通道地址锁存及译码电路，转换的数据送入三态输出锁存器。
传感器发送出来的信号经A/D转换器转换发送给单片机处理信号产生相应的命令动作。
目前的PC机都有至少一个串行通讯端口RS-232，RS-232端口可用于两台计算机之间进行通讯，RS-232的逻辑电平用正负电压表示，且信号使用负逻辑，逻辑0的电压范围是
+5V~+15V，而逻辑1的电压范围是-5V~-15V，RS-232端口是计算机与其他设备沟通的最常
用的接口，不但实作简单，而且价格便宜。
在8051单片机的内部有一个全双工的异步串行
I/O口，它的输入和输出使用5V逻辑而不是RS-232电压,如何进行两种信号的转换，是连接时需要解决的问题，事实上，解决的方法很简单，只需使用一个诸如MAX232这样的专用芯片即可如图4-4所示。
图4-4单片机与PC机通讯电路
MAX232产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。
该器件包含
2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。
该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V
TTL/CMOS电平。
每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
4.2继电器控制电磁阀电路
骨料仓及计量斗的仓门开关有电磁阀控制气缸来完成，电磁阀采用220V交流电通过继电器来控制，如图4-5所示。
当单片机发出信号使继电器通电K6触电闭合电磁阀的一个线圈通电电磁阀打开驱动料仓们气缸打开料仓开始放料，放料结束后单片机发出信号控制K6断开，K7闭合使料斗门关闭，让后驱动电磁阀处于中位。
图4-5 继电器控制电磁阀电路
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；
处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
电磁阀采用三位五通电磁阀，三位五通电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，
每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，磁铁线圈通电阀体就会被吸引，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。
4.3搅拌器电机控制装置
当骨料和热沥青计量完毕后倒入搅拌器中，单片机收到控制信号控制搅拌器的电机启动，搅拌器电机器动采用星型-三角启动方式，星型-三角启动具有启动电流小、线路简单、经济
图4-6星型转三角启动电路图
可靠等优点，目前在搅拌设备中被广泛应用。
启动时，定子绕组首先接成星型，启动电压为三角直接启动的三分之一，启动电流为三角直接启动的三分之一。
经一定延时后，带转速上升到接近额定转速时在接成三角形。
由于启动时转矩也降为直接启动的三分之一，因此这种启动方法只适合于空载或轻载时使用如图4-6所示。
启动时，单片机给继电器K1、K2发出信号控制接触器KM、KM1接通，使KM1的常
闭触点断开，常开触点闭合，电机开始星型启动，经过一段时间延时后电动机达到额定转速，单片机发出信号控制继电器K3使接触器KM2的常闭触点断开常开触点闭合，电动机转三
角连接，实现全电压运行。
5系统软件设计
本次通讯中，我们以一个测控系统的上位机和下位机之间的通信为背景，给出单片机部分和VB环境下的通信程序实例，系统中单片机负责数据采集、处理和控制，上位机进行现场可视化检测，通信协议采用半双工异步串行通信方式，通过RS232的RTS信号进行收发转换，传输数据采用二进制数据，上位机与下位机之间采用主从式通讯。
5.1上位机软件设计
（1）上位机功能简介
操作界面如下图5-1所示。
利用VB编程实现PC监控热骨料及热沥青的累计计量，同时控制搅拌器电机的启动、搅拌时间、警报显示。
图5-1系统控制界面
（2）PC串行通信
VB5.0/6.的MSComm通信控件提供了一系列标准通信命令的接口，它允许建立串口连接，可以连接到其他通信设备（如Modem）．还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以用它创建全双工 、事件驱动的、高效实用的通信程序。
通过串口发送数据的方式分文本和二进制。
通常在自动化控制中用二进制发送方式，相关参数值如下：
DimsendAsSTRING
AxMSComm1.CommPort=1'
"
1"
'
参数设置设端口号
AxMSComm1.Settings="
9600,n,8,1"
设波特率
AxMSComm1.PortOpen=True'
打开端口
AxMSComm1.Output=SENDAxMSComm1.PortOpen=False'
关闭端口
（3）系统程序
PrivateSubCommand1_Click（）MSComm1.Output="
0"
Timer1.Enabled=True
EndSub
PrivateSubCommand2_Click（）MSComm1.Output="
2"
PrivateSubForm_load（）DimiAsInteger
DimjAsIntegerDimkAsString
MSComm1.PortOpen=TrueMSComm1.RThreshold=8
MSComm1.SThreshold=8Mscomm1.settings=“110,n,8,1”MSComm1.InputMode=0Text1.Text="
0000KG"
Text2.Text="
Text3.Text="
Text4.Text="
Text5.Text="
Text6.Text="
00S"
PrivateSubMSComm1_OnComm（）j=MSComm1.Input
i=Left$（j,1）SelectCasei
Case"
@"
Shape5.FillColor=RGB（0,255,0）
Shape1.FillColor=RGB（0,255,0）Case"
A"
Shape1.FillColor=RGB（0,0,255）
Shape2.FillColor=RGB（0,255,0）Case"
B"
Shape2.FillColor=RGB（0,0,255）
Shape3.FillColor=RGB（0,
升级会员 