课程设计沥青拌和设备操纵系统设计

目录
1概述 (3)
工艺流程 (3)
1.３自动操纵系统 (4)
2计量系统整体方案设计 (5)
计量系统工作进程 (5)
计量进程 (6)
3系统要紧元件的选择 (8)
称重传感器的选择 (8)
变送器的选择 (8)
低压电器元件的选择 (9)
继电器的选择 (9)
接触器的选择 (9)
熔断器的选择 (9)
气缸及电磁阀的选择 (10)
气缸的选择 (10)
电磁阀的选择 (10)
4系统硬件系统的设计 (11)
单片机的接口电路 (11)
继电器操纵电磁阀电路 (13)
搅拌器电机操纵装置 (14)
5系统软件设计 (14)
上位机软件设计 (15)
上位机功能简介 (15)
PC串行通信 (15)
系统程序 (16)
下位机软件设计 (18)
下位机功能简介 (18)
下位机工作流程 (18)
心得体会 (20)
参考文献 (21)
1概述
沥青混凝土拌和设备是用于高品级路面沥青混合料的生产, 要紧功能是将大小不同的石料经加热烘干后筛分成4~5 种不同粒径范围进入热仓中,依如实际用料的不同级配需要, 与必然量的矿粉和加热到必然温度的沥青放入搅拌缸搅拌均匀。

工业自动化程度已被公以为是衡量国家现代化水平的一个重要标志, 而生产进程的实时监督操纵和数据处置那么是工业自动化的基础。

沥青混凝土拌和设备是工程筑路机械中的关键设备之一, 其操纵关键技术长期被国外垄断, 为知足国内企业进展的迫切需要。

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要紧有冷骨料供给装置（包括3~6个碎石、砂子储仓，皮带或振动给料器和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）、热骨料筛分与贮存装置（筛分机与热骨料储仓）、热骨料计量装置、石粉贮存、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）、沥青贮存、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、贮存及加热保温装置、除尘装置、操纵装置等组成如图1-1所示。

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别离贮存各自的料斗→冷骨料定量给料装置对各料安容积进行1-冷矿料储存及配料装置；2-冷矿料输送机；3-冷矿料烘干滚筒；4-热矿料提升机；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
图1-1强制间歇式沥青混合料拌和设备
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（以上进程为持续进行）→热骨料计量装置精准称量→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取得高质量的沥青混凝土混合料。

1.３自动操纵系统
沥青混凝土拌和设备运算机操纵系统采纳散布式上下位机结构, 采纳一台可编程操纵器作下位机完成全数设备的启停操纵、逻辑顺序操纵及定量操纵, 利用一台上位运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。

系统要紧组成。

除机械本体及执行机构之外, 操纵系统要紧由设备供电及起停操纵、运算机监督操纵、物料输送及配料操纵、燃烧及温度操纵等组成。

不管搅拌设备的结构形式如何，都采纳了电子监测和自动操纵系统。

有多台电子秤组成的称量系统实现骨料、石粉和沥青等成份的精准配比；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。

操纵形式有继电接触器操纵型式、程序操纵型式、可编程操纵器（PLC）式、单片机和微机操纵型式及几种操纵型式并存的混合操纵型式。

2计量系统整体方案设计
计量系统工作进程
沥青混凝土拌和设备的操纵系统是通过上位机来操纵下位机来实现，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操纵。

热骨料计量料斗、热沥青计量量筒别离通过四个和三个称重传感器悬调，热骨料料仓为三个，通过气缸操纵料门的开闭。

沥青量筒通过两个气缸别离操纵沥青的加入和排出。

整个系统通过单片机来操纵如图2-1所示，工作时系统搜集骨料和沥青质量的模拟信号，驱动七个电磁阀操纵七个气缸的运动，完成骨料和沥青的计量。

热骨料的称量采纳四只1t的传感器并联利用。

计量斗得骨料质量通过称重传感器将质量转变成电压信号，电压信号通过电压放大芯片放大，再通过A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号，经单片机发送到操纵端。

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，单片机发出信号操纵电机电源接通，搅拌器的电机启动采纳星型——三角启动，电动机的启动采纳扩展的3路端口操纵继电器驱动接触器来实现。

图2-1 系统总体功能图
计量进程
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，别离贮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，由气缸操纵其关闭。

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操纵，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，热骨料称量采纳四支称重传感器并联，热沥青称量采纳三支称重传感器并联。

传感器采纳电阻应变片式桥式连接，电阻应变式称重传感器是基于如此一个原理：弹性体（弹性元件，灵敏梁）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，它的阻值将发生转变（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进程。

热骨料和沥青的繁重传感器采纳并联电压输出方式，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通过变送器放大，放大后的信号经ADC0809转换发送给单片机处置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操纵系统用来完成集料、粉料和沥青的计量工作，拌和设备采纳重量计量方式，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。

锥形阀的启闭是由紧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系统要紧元件的选择
系统硬件要紧包括：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。

称重传感器的选择
KB-2型称重传感器，采纳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，安装利用方便，普遍用于机电结合秤、吊钩秤、料斗秤、包装秤等各类测力、称重传感器如图3-1所示。

要紧技术指标：
灵敏度（mV/V）1~
非线性（%FS）
重复性（%FS）
滞后（%FS）
供桥电压（VDC）12
输入阻抗（Ω）380±20
输出阻抗（Ω）350±10
绝缘电阻（MΩ/100V）≥1000
图 3-1 称重传感器工作温度（℃）–10~+60
热零点偏移（%FS/10℃）
热灵敏度偏移（%FS/10℃）
许诺过负荷（%FS）120
接线方式插座：一、电源（+）二、输出（+）3、输出（-）4、电源（-）
关于骨料料斗选择四个量程400KG的，关于沥青选择三个量程为50KG的。

变送器的选择
选择TR200H高精度称重变送器。

特点：采纳SMT工艺制造，输入/输出/电源三方隔离，经济、靠得住、简便，针对工业进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、测力传感器皆可利用如图。

技术指标：
电源：24V DC/AC ±10%
精度：满量程之%
鼓励电压：DC 10V max 120mA
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 那个地址选择第二路输出信号1~5V ，能够直接连接单片机的AD 转换口。

低压电器元件的选择
低压电气元件在整个系统中起到操纵作用，是整个系统在平安的环境下正常工作，低压电气元件包括继电器、接触器、熔断器。

继电器的选择
继电器要紧选用松下中间继电器AHN22124 DC24V 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 ）
接触器的选择
接触器选用LC1-D12交流接触器如图3-3所示。

要紧技术参数为：
额定绝缘电压：690V
约定自由空气发烧电流：55A
可操纵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 ，维持19VA
熔断器的选择
熔断器选用RT14系列有填料封锁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，作为线途经载和短路爱惜之用。

图 3-2 继电器
图 3-3 接触器 图 3-6 变送器
气缸及电磁阀的选择
气缸的选择
依照推力为50Kg ，设气压为，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，因此取63MM ，又行程为400MM ，初步选定气缸为：SC63-400。

由于要用到接近开关因此选用附磁石的，因此选用SC63-400S2如图3-5所示。

相关参数：
动作形式：复动型
工作介质：紧缩空气
工作压力:
利用速度: 50-500mm/scc
利用温度：-10~70C
缓冲 ：两头可调缓冲
接管口径：3/8
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。

要紧技术参数为：
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
利用压力:~（21~114Psi ）
最大耐压力：（170Psi ）
工作温度：-5~60℃（23~140°F ）
爱惜品级：IP65（DIN40050）
接电型式：端子式、出线式
最高动作频率：4次/秒
激磁时刻：秒以下
图 3-5 气缸
图 3-4 电磁阀
4系统硬件系统的设计
系统的硬件系统要紧由上位机和下位机和各操纵器件组成，完成系统的工作任务，使整
个系统安要求正常工作。

单片机的接口电路
单片机的选择应符合操纵要求，低功耗、高速、高靠得住性、价钱低廉，保证资源的合
理利用，应选用ATMEL公司生产的AT89C52低电压，高性能CMOS、8位单片机。

片内含8K bytes
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
采纳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位中央处置器（CPU）和FLASH由存储单元，功能壮大AT89C52单片适
用于许多较为复杂操纵应用处合如图4-1所示。

要紧性能：
（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 位按时／计数器。

（9）8个中断源。

图4-1 AT89C52单片机（10）可编程串行UART通道。

（11）低功耗空闲和掉电模式。

在单片机的接口电路中需要扩展24路接口来操纵继电器工作，在搜集传感器信息的电路
中需要利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号。

在和PC机通信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纳三片74LS373锁存器，驱动电路采纳三片ULN2003驱动芯片，如
图4-2所示。

图4-2 A T89C52单片机接口扩展及驱动系统电路图图4-3 A/D 转换芯片
驱动芯片采纳LN2003，ULN2003的每一对达林顿都串联一个的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，能够直接处置原先需要标准逻辑缓冲器来处置的数据。

ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，而且能够在关态时经受50V 的电压，输出还能够在高负载电流并行运行。

ULN2003 采纳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,它的输出端许诺通过电流为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依照以上参数估算。

采纳集电极开路输出，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的电阻较为适合，同时，COM引脚应该悬空或接电源。

A/D转换器采纳ADC0809芯片如图4-3所示，ADC0809具有8路模拟量输入，可在程序操纵下对任意通道进行A/D转换，输出8位二进制数字量，芯片的要紧部份是一个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路模拟选通开关和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置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信端口RS-232，RS-232端口可用于两台运算机之间进行通信，RS-232的逻辑电平用正负电压表示，且信号利用负逻辑，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端口是运算机与其他设备沟通的最经常使用的接口，不但实作简单，而且价钱廉价。

在8051单片机的内部有一个全双工的异步串行I/O口，它的输入和输出利用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，解决的方式很简单，只需利用一个诸如MAX232如此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。

该器件包括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。

继电器操纵电磁阀电路
骨料仓及计量斗的仓门开关有电磁阀操纵气缸来完成，电磁阀采纳220V交流电通过继电器来操纵，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，放料终止后单片机发出信号操纵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
电磁式继电器一样由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两头加上必然
的电压，线圈中就会流过必然的电流，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使劲返回原先的位置，使动触点与原先的静触点（常闭触点）吸合。

如此吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

关于继电器的“常开、常闭”触点，能够如此来区分：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”。

电磁阀采纳三位五通电磁阀，三位五通电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每一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，通过操纵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。

搅拌器电机操纵装置
当骨料和热沥青计量完毕后倒入搅拌器中，单片机收到操纵信号操纵搅拌器的电机启动，搅拌器电机械动采纳星型-三角启动方式，星型-三角启动具有启动电流小、线路简单、经济靠得住等优势，目前在搅拌设备中被普遍应用。

启动时，定子绕组第一接成星型，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。

经必然延时后，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，因此这种启动方式只适合于空载或轻载时利用如图4-6所示。

图4-6星型转三角启动电路图
启动时，单片机给继电器K一、K2发出信号操纵接触器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，通过一段时刻延时后电动机达到额定转速，单片机发出信号操纵继电器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
本次通信中，咱们以一个测控系统的上位机和下位机之间的通信为背景，给出单片机部份和VB环境下的通信程序实例，系统中单片机负责数据搜集、处置和操纵，上位机进行现场可视化检测，通信协议采纳半双工异步串行通信方式，通过RS232的RTS信号进行收发转换，传输数据采纳二进制数据，上位机与下位机之间采纳主从式通信。

上位机软件设计
上位机功能简介
操作界面如以下图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，同时操纵搅拌器电机的启动、搅拌时刻、警报显示。

图 5-1 系统操纵界面
PC串行通信
6.的MSComm通信控件提供了一系列标准通信命令的接口，它许诺成立串口连接，能够连接到其他通信设备（如Modem）．还能够发送死令、进行数据互换和监视和响应在通信进程中可能发生的各类错误和事件，从而能够用它创建全双工、事件驱动的、高效有效的通信程序。

通过串口发送数据的方式分文本和二进制。

通常在自动化操纵顶用二进制发送方式，相关参数值如下：
Dim send As STRING
= 1 '"1" '参数设置设端口号
= "9600,n,8,1" ' 设波特率
= True '打开端口
= SEND
= False '关闭端口
系统程序
Private Sub Command1_Click()
= "0"
= True
End Sub
Private Sub Command2_Click()
= "2"
End Sub
Private Sub Form_load()
Dim i As Integer
Dim j As Integer
Dim k As String
= True
= 8
= 8
=“110,n,8,1”
= 0
= "0000 KG"
= "0000 KG"
= "0000 KG"
= "0000 KG"
= "0000 KG"
= "00 S"
End Sub
Private Sub MSComm1_OnComm()
j =
i = Left$(j, 1)
Select Case i
Case "@"
= RGB(0, 255, 0)
= RGB(0, 255, 0)
Case "A"
= RGB(0, 0, 255)
= RGB(0, 255, 0)
Case "B"
= RGB(0, 0, 255)
= RGB(0, 255, 0)
Case "C"
= RGB(0, 0, 255)
= RGB(0, 255, 0)
Case "D"
= RGB(0, 0, 255)
Case "E"
= &HFFFFFF
= &HFFFFFF
= &HFFFFFF
= &HFFFFFF
= RGB(0, 255, 0)
Case "F"
= RGB(0, 0, 255)
= RGB(0, 255, 0)
Case "G"
= &HFFFFFF
End Select
= Mid$(j, 2, 4) + " KG" = Right$(j, 2) + "KG" End Sub
Private Sub Timer1_timer() = 500
= "1"
= Time$
End Sub
下位机软件设计
下位机功能简介
下位机采纳AT89C52单片机，采纳51单片机编程方式同意PC机操纵命令和对操纵信息的反馈，操纵热骨料、热沥青料门开闭及其计量、搅拌器电机启动停止。

下位机工作流程
下位机流程图如图5-2所示。

心得体会
机电一体化技术是咱们的专业基础课程，通过大四一学期的机电一体化的学习和实验，我对这门课程有了必然的了解。

但通过这次课程设计后，我深刻的明白得了理论与实际的不同。

在对系统的整体计划时需要团队紧密合作，专门是在元器件的选择方面需要全方面的考虑各个器件之间是不是兼容，各个器件的原理和对系统的平安性等各方面的因素。

画印刷电路板图的时候，专门需要一个人全神贯注，细心耐心的做这件事。

这次的电子技术课程设计历时两周，咱们组尽管只是班里中间位置做完的，但通过这次课程设计的实践和体验，我能做出自己本来以为不可能完成的电路设计并得出了正确的结果，这其中的喜悦真的只有真正付出过的人材能体会的到。

参考文献
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