基于 PLC 的混凝土搅拌站控制系统设计与应用研究

1. 引言

混凝土搅拌站是混凝土生产的核心场所，其控制系统的性能直接影响混凝土的质量和生产效率。随着建筑行业的快速发展，对混凝土的需求量日益增加，且对其质量和生产效率提出了更高的要求。传统的混凝土搅拌站控制系统多由工控机、操作台、配电箱等多个模块组成，存在体积庞大、成本高昂、可靠性低、通信不稳定等缺陷，严重制约了混凝土搅拌站的高效、稳定运行。将 PLC 技术应用于混凝土搅拌站控制系统中，可有效克服传统系统的不足，提升混凝土搅拌站的自动化水平，实现精准配料、高效搅拌。因此，研究基于 PLC 的混凝土搅拌站控制系统具有重要的现实意义。

2. 混凝土搅拌站控制系统总体方案设计

混凝土搅拌站主要由运输设备、料斗设备、称量设备、搅拌设备等组成。在搅拌站工作过程中，首先将骨料（石料、砂料等）放入对应的料仓中，通过控制装置进行测量，然后打开料斗和砂料进料阀门，将材料送到秤斗称重。当电子秤上的数据达到要求时，下料阀门停止下料，随后将物料输送到料斗，再通过上料漏斗将料送到搅拌机等待下料。同时，对水泥、添加剂等其他物料进行称量和配比。待所有物料计量完成后，按照一定顺序开启阀门，将物料装入搅拌机进行搅拌。当搅拌时间达到设定值后，打开搅拌机的阀门，将混凝土卸出，完成一个搅拌周期。

传统控制系统中，工业控制计算机长时间使用易出现板卡接触不良、硬盘故障等问题，且传感器数据采集系统通过远距离模拟量传输易导致信号衰减，影响测量精度。此外，工业控制计算机成本较高，不适合搅拌站的经济控制需求。

针对现有系统的问题，结合 PLC 技术的优势，设计了基于 PLC 的混凝土搅拌站控制系统方案。该方案以三菱 PLC 为核心，采用变频技术，通过传感器、行程开关等信号装置采集数据，并将其传递给 PLC，经 PLC 处理后下达指令，实现对电磁阀、电动机等执行器的控制。系统可实现自动配料、搅拌、卸料等全过程的自动化控制，同时具备手动 / 自动切换功能，以应对突发情况。

3. 混凝土搅拌站控制系统硬件结构设计

混凝土搅拌站工作条件较差，存在大量高功率电动机，导致电网电压起伏较大。为保证测量准确性和系统稳定性，在数据输入和输出端采用光电隔离和继电器隔离技术，将计算机与电力系统分离，并利用实时控制系统实现计量和定时控制。硬件系统主要包括 PLC、模拟量输入 / 输出模块、变频器、传感器、电器等模块。

主电路由工业三相交流 380V 电源供电，M1 为搅拌站电机，M2 为传送带电机。FU1 和 FU2 为熔断器，用于保护电路免受过流损坏。KM1 和 KM2为接触器，分别控制搅拌电机的正转和反转。变频器 ME280 的 L1.1 和 L1.2连接模拟量输出模块，用于设置变频器的频率，实现对电机转速的调节。

控制电路主要控制搅拌站电机、抽水泵的启动以及五个阀门的开关闭合。输出控制继电器起到间接控制阀门的作用，FU3 为熔断器，对控制电路进行保护。通过 PLC 的输出点控制继电器线圈的通断，进而控制阀门的开关和电机的启停。

根据系统功能和输入输出设备的设定，对 PLC 的 I/O 口进行分配。数字量输入包括启动按钮、停止按钮、手动 / 自动按钮、搅拌仓物料满检测、搅拌仓物料不足检测等；数字量输出包括继电器控制、阀门开关、指示灯、变频器正反转控制等。模拟量输入用于采集各物料仓的称重数据，模拟量输出用于控制变频器的频率。PLC 与模拟量模块通过专用电缆连接，实现数据的传输和处理。

4. 混凝土搅拌站控制系统软件设计

4.1 程序流程图设计

系统启动后，首先进行初始化操作，检测系统是否存在故障。若有故障，报警并断电；若无故障，判断是否选择全自动模式。若是，进入自动控制流程；若否，进入手动控制流程。

在手动模式下，按下启动按钮后，操作人员可手动打开水、砂子、石头、水泥、添加剂等阀门，通过称重传感器实时监测各物料质量。当所有物料达到给定值时，开始搅拌，搅拌时间到达后，完成搅拌操作。

在自动模式下，系统根据输入的配比和初始质量，自动启动各物料阀门。首先检测水重量是否达到设定值，若达到，继续检测砂子重量，依此类推，直至所有物料重量均达到设定值，混合完成后开始搅拌。

4.2 程序设计

通过 PLC 程序开启模拟量输入模块的 1-4 通道，设置采样数为 4，检查模块设置是否有误，并将采样结果存储在指定寄存器中，确保 A/D 模块采集工作正常。将从 A/D 模块采集的数字量数据转换为实际工程量，例如将水泥称重数字量转换为实际重量，并存储在相应的数据寄存器中，便于后续的配比计算和控制。在使用模拟量输出模块前，先检验模块是否正常工作，通过读取模块识别号并与标准值对比，确保模块连接正确。然后设置输出通道为 - 10V＼～10V 输出，将变频器的频率给定值通过模拟量输出模块传输至变频器。系统启动时，需确认手动 / 自动信号、停止信号和报警信号均正常，方可启动系统。启动后，根据设定的配比和流程，自动控制各阀门的开关和电机的启停。搅拌过程中，通过定时器控制搅拌电机的正转和反转时间，确保混凝土搅拌均匀。当检测到搅拌仓满、料不足、电机故障等异常情况时，系统立即报警，报警指示灯亮起，提醒操作人员及时处理故障，避免事故扩大。在调试过程中，首先对梯形图进行转换，然后通过配置软件对梯形图进行模拟仿真。模拟系统启动、配料、搅拌、卸料等全过程，检查各设备的动作是否符合设计要求，数据采集和控制是否准确。通过调整参数和修改程序，解决仿真过程中出现的问题，确保系统能够稳定、可靠地运行。

5. 结论

本文设计的基于 PLC 的混凝土搅拌站控制系统，通过对系统硬件和软件的精心设计与调试，实现了混凝土搅拌过程的自动化控制。与传统控制系统相比，该系统具有体积小、成本低、可靠性高、通信稳定、节能经济等显著优势，能够有效提高混凝土的生产效率和质量，满足现代建筑行业对混凝土生产的高要求。未来，可进一步优化系统的控制算法，提高配料精度和搅拌效率；加强系统的智能化设计，实现对生产过程的预测和优化；拓展系统的通信功能，实现与企业管理系统的无缝对接，为混凝土生产的智能化、信息化发展提供更有力的支持。

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作者简介：王青（1982-），男，人，硕士，讲师，主要从事机电一体化技术研究。