混凝土搅拌站控制系统的设计与研究

摘要

随着社会快速的发展，混凝土广泛应用于建材领域当中，混凝土搅拌站是生产混凝土的设备，其功能是按配比把各种物料混合搅拌在一起。控制系统作为混凝土搅拌站中的核心部分，对控制系统设计和研究对于混凝土搅拌站的发展有着重要的意义。本文主要针对混凝土搅拌站控制系统进行设计与研究，对混凝土搅拌站发展过程存在的问题，进行分析和解决，这些问题主要为配比精度和混凝土水化热问题。本文把混凝土搅拌站分为配料系统和加冰冷却系统进行研究，先对整体工艺部分进行分析设计，然后进行分系统工艺部分研究与设计，最后是根据工艺过程进行控制系统设计。在整个设计和研究过程中，运用许多创新思想和方法使得整体控制系统更加优越。本文创新部分，相对比较分散，主要是对传统设计思路和方法的改进。
　　本文主要设计一种性能可靠的混凝土搅拌站控制系统，该控制系统可以实现混凝土搅拌站的工作流程的检测和控制。针对混凝土搅拌站工作中存在的问题，设计出加冰冷却系统来解决混凝土水化热问题。在配料过程中运用PID控制提高配料精度，在加冰冷却系统中也运用PID控制进行温度控制。采用PROFIBUS-DP通信方式使得加冰冷却系统模块化加入到整个控制系统中，同时运用该通信方式使得控制电机转速的变频器连接到主站上。
　　创新性的使用TIA Portal集成软件平台对整个控制系统进行硬件组态和软件设计，软件设计过程中包括PLC程序的设计和HMI界面设计。在进行PLC程序设计的时候，针对控制过程特点，运用多种编程语言进行编写，通过对 PLC程序设计，期间运用各种功能块和组织块完成控制目标。HMI界面设计使得混凝土搅拌站工作流程可以得到实时监测和控制，并能对系统数据进行管理。使用 S7-PLCSIM仿真软件运行混凝土搅拌站控制系统程序，测试所编控制程序的可行性，经过仿真模拟证明所设计的控制程序基本满足设计要求。
　　模糊PID控制是不同于传统PID控制的一种控制方式，传统PID控制过程中存在着缺陷，本文最后对模糊PID控制在控制系统中的运用进行了探索研究。在研究过程中，把模糊PID控制分为并联和串联两种类型，根据控制特点分别运用于配料控制和加冰冷却控制过程中用于改进传统的PID控制。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外发展动态

1.3 选题的意义

1.4 研究内容和工作安排

1.5 本章小结

第二章 混凝土搅拌站主要工艺部分设计

2.1 总体工艺流程设计

2.2 配料系统的工艺流程及结构组成

2.3 加冰冷却系统的工艺方法与结构设计

2.4 本章小结

第三章 混凝土搅拌站控制系统方案设计

3.1 控制系统总体系统方案设计

3.2 控制系统主要硬件设备

3.3 PROFIBUS-DP现场总线通信方案设计

3.4 PID控制算法在控制系统的运用

3.5 配料系统控制流程设计

3.6 加冰冷却系统控制流程设计

3.7 本章小结

第四章 控制系统的硬件组态与软件设计

4.1 TIA Portal软件在硬件组态与软件设计中的运用

4.2 系统的硬件设备与网络组态

4.3 PLC程序设计

4.4 人机界面设计

4.5程序的仿真调试运行

4.6 本章小结

第五章 模糊PID控制在混凝土搅拌站控制系统中的研究

5.1 模糊控制系统

5.2 模糊PID控制两种方案

5.3 串联模糊PID控制在加冰冷却过程中的性能仿真

5.4 并联模糊PID控制在配料过程中的性能仿真

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

附录