课程设计 1 引言
PLD系列砼配料机，可根据不同规格的混凝土配方自动完成砂、石、水泥等物料的计量配料，适用于建筑、道路、水利、桥梁、港口、机场等各种建设工程施工及各类混凝土预制件厂。
PLD系列砼配料机的机械结构由机架、贮料斗和称量斗三部分组成。每一个贮料斗内贮存一种物料，根据贮料斗的多少，常用的PLD系列砼配料机可分为2仓、3仓和4仓结构。2仓也就是有两个贮料斗，可以对两种物料进行配料，3仓和4仓分别对应有3个贮料斗和4个贮料斗。
贮料斗固定安装在机架上方，贮料斗的下部装有皮带输送机，通过电机拖动输送皮带可将贮存在贮料斗内的物料输送到称量斗内。
称量斗悬挂在机架中间的横梁上。称量斗的下部也装有皮带输送机用于出料。一般情况下，PLD系列砼配料机都设计成可同时为两台搅拌机配料，因此，称量斗下部的皮带输送机可以左右两个方向出料。
图1.1是2仓PLD800型砼配料机的外型图。
贮料斗机架称量斗皮带输送机
图1.1 2仓PLD800型砼配料机外型图
图1.1中，PLD800型的含义是PLD系列砼配料机，其称量斗的容积为800L。PLD系列砼配料机的工作过程如下：控制系统先启动第一种物料的输送电机向称量斗内输送物料，同时对输送到称量斗内的物料进行实时称量。输送到称量斗内的第一种物料达到配方规定的重量时，停止输送第一种物料，启动第二种物料的输送电机向称量斗内输送第二种物料，第二种物料到达规定重量时，停止输送
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课程设计 第二种物料，再启动第三种物料的输送电机，依次进行下去。某个配方规定的所有物料全部配制完成后，启动出料电机出料，出料完成后，即完成了一个配料周期，可进行下一次配料。
根据砼配料生产工艺的要求，其控制系统的主要技术要求如下： ① 静态误差：≤±1kg。 ② 配料精度：≤±2%。 ③ 最大称量范围：3000kg。
④ 满足砼配料生产工艺要求的自动控制。
2 总体方案设计
2.1硬件组成
按照砼配料生产工艺对控制系统的技术要求，控制系统的硬件应包括以下几部分：
（1）控制器。作为控制系统的核心，可采用工控机、PLC、DCS或微控制器[19]，在配料过程中对各个物料的重量进行实时称量，与配方规定的相应物料的配比进行比较后，按照既定的控制策略控制各个输送电机的启停。
（2）重量检测通道。将物料的重量转换为电信号，再转换为数字量后输入给控制器。
（3）控制输出通道。控制器输出的控制信号经该通道对配料过程实施控制。 （4）人机交互界面。配料过程中，进行配料操作和显示各种状态信息，设置配方时，用于配方的输入和显示等。
（5）配方存储器。用于存储配方，需采用非易失存储器。 硬件方框图如图2.1所示。
重量检测通道控制器控制输出通道配方存储器人机交互界面
图2.1 硬件方框图
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课程设计 2.2 方案论证
（1）控制器
控制器的选择是确定整个系统硬件方案的关键，它关系到其它几个部分方案的确定，对于PLD系列砼配料机，控制器的可选方案有以下三种[20]：
① 采用工业控制计算机。工业控制计算机是专门为工业现场的自动控制而设计的计算机，其主要特点是与个人计算机兼容，具有友好的人机界面和丰富的应用软件，能较好的适应高温、严寒、震动、粉尘、潮湿以及具有较强电磁干扰等场合的工业现场的应用。但价格较贵，也不适合用于野外建筑施工现场，且一般要求操作者应具有一定的计算机专业知识。
② 采用PLC。PLC是一种专门为在工业环境下的应用而设计的专用计算机。其特点是抗干扰能力强，具有很高的可靠性高；各种接口配套齐全，功能完善，适用性强。采用PLC构成的控制系统的工作量小，维护方便，适合于野外使用，但价格昂贵[21]。
③ 采用MCU。MCU也是针对工业控制而推出的单片计算机，其最大特点是价格低廉、体积小、重量轻，适合于嵌入式的应用。但采用MCU构成控制系统，硬件电路需要自行设计，工作量大，如果电路设计或PCB设计不合理抗干扰能力差，难以保证可靠工作。
砼配料机作为一种常用的建筑机械，本身价值不高，更要求控制系统具有较好的性价比，经上述分析比较，确定采用MCU作为控制器。
（2）重量检测通道
重量检测通道由传感器、放大电路、A/D转换电路、光电隔离电路组成，其中关键的环节是A/D转换电路的确定。
A/D转换电路按照与计算机的接口方式可分为并行接口和串行接口两种方式。并行接口的A/D转换器与计算机接口时需要占用较多的I/O口线，且实现光电隔离时电路复杂，但价格较低。串行接口的A/D转换器与计算机接口时占用的I/O口线少，一般只需要3条，易于实现光电隔离，但价格较贵。
A/D转换器按转换原理可分为逐次逼近型、双积分型、并行型、V/F转换等几种形式，其特点分别如下[22]：
① 逐次逼近型：转换速度较高，分辨率高的价格较贵，抗干扰能力较差。 ② 双积分型：转换速度慢，价格较便宜，转换精度高，抗工频干扰能力强。
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课程设计 ③ 并行型：转换速度极高，电路规模大，价格昂贵。
④ V/F转换型：价格低廉，精度高，与计算机接口简单，易于实现光电隔离，缺点是需要较多的外围元件。
综合考虑分辨率、精度、转换速度、价格等诸多因素，经上述比较，确定采用V/F转换器。
（3）控制输出通道
砼配料机的执行机构是电动机，需要通过电气控制电路对其进行控制，因此，控制输出通道主要由光电隔离、驱动电路、继电器-接触器控制电路组成[23]。
系统功能要求具有手动/自动功能，且在配料过程中的操作主要是对电动机进行控制，为方便使用，手动和自动操作均采用远程操作手柄。
（4）人机交互界面
人机交互界面主要有以下几种形式：
① CRT显示器及标准键盘：显示信息量大，操作方便，显示界面友好，但价格高，适用于采用工控机作控制器的场合。
② 工业人机界面（触摸屏）：和CRT显示器一样，具有显示信息量大，操作方便，显示界面友好，适合恶劣的工业环境使用等特点，但价格更高，一般与PLC配套使用。
③ LED或LCD数码显示器及自行设计的小键盘：价格低廉、体积小是其最大优点，应用于以MCU为控制器的系统中较合适。
考虑价格及系统构成等因素，人机交互界面采用LED数码显示器及自行设计的小键盘。
（5）配方存储器
配方存储器用于存储设置的配方，需要使用非易失存储器，常用的非易失存储器有以下几种：
① RAM加后备电源：早期常采用的非易失存储器，电路设计复杂，设计不好可靠性不高，可存储的数据量较大。
② FLASH存储器：存储数据量较大，存取速度快，但需要+12V的编程电源，增加了硬件开支。
③ 并行EEPROM：采用+12V编程电源的，具有FLASH存储器的特点，但写入速度慢；采用+5V编程电源的，可靠性不高。
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