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S7-200 SMART 在混凝土输送泵车上的应用
--混凝土输送泵车的电气控制系统
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S7-200 SMART 在混凝土输送泵车上的应用
 
文/济南优阿图自动化设备有限公司 王飞
摘要:
   根据混凝土输送泵车的工艺流程及控制要求,设计了一套基于S7-200 SMART 的控制系统;结合现场控制工艺需求,分析了硬件配置以及软件控制流程;经过实际生产中的应用,该控制系统工作稳定,高效,满足工艺需求。
关键词:S7-200 SMART;混凝土输送泵车
 
1、项目简介
随着建筑行业的智能化程度越来越高,很多建筑机械已经代替了人工作业,大大的提高了工作效率,降低了人力成本的支出。混凝土输送泵,又称混凝土泵,由泵体和输送管组成。它是一种利用压力,将混凝土沿管道连续输送的机械,主要应用于房建、桥梁及隧道施工。目前主要分为闸板阀混凝土输送泵和S阀混凝土输送泵。为了提高输送泵的移动性,一般将泵体装在汽车底盘上,再装备可伸缩或屈折的布料杆,构成输送泵车。
●主要结构及泵送原理
 
 
 
 
 
以下以中谷电气通常配套的混凝土输送泵为例,介绍其结构特点与泵送原理:
结构: WF型混凝土输送泵由料斗、泵送系统、液压系统、清洗系统、电气系统、电机、行走底盘等组成。
泵送机构由两只主缸水箱、换向装置、两只混凝土缸、两只混凝土活料斗、分配阀(S形阀)、摆臂、两只摆动油缸和出料口组成。
原理: 混凝土活塞分别与主油缸活塞杆连接,在主油缸液压油作用下,作往复运动,一缸前进,则另一缸后退;混凝土缸出口与料斗连通,分配阀一端接出料口,另一端能过花键轴与摆臂连接,在摆动油缸作用下,可以左右摆动。
泵送混凝土料时,在主油缸作用下,混凝土活塞前进,混凝土活塞后退,同时在摆动油缸作用下,分配阀与混凝土缸连通,混凝土缸与料斗连通。这样混凝土活塞后退,便将料斗内的混凝土吸入混凝土缸,混凝土活塞前进,将混凝土缸内混凝土料送入分配阀泵出。
当混凝土活塞后退至行程终端时,触发水箱中的换向装置,主油缸1换向,同时摆动油缸换向,使分配阀与混凝土缸连通,混凝土缸与料斗连通,这时活塞后退前进依次循环,从而实现连续泵送。
反泵时,通过反泵操作,使处在吸入行程的混凝土缸与分配阀连通,处在推送行程的混凝土缸与料斗连通,从而将管路中的混凝土抽回料斗。
泵送系统通过分配阀的转换完成混凝土的吸入与排出动作,因此分配阀是混凝土泵中的关键部件,其型式会直接影响到混凝土泵的性能。
 
 
 
 
 
 
●技术参数
整机性能:
分配阀形式:S管阀
最大理论输送量(常规/高压):65/105M³/h
出口压力(常规/高压):13/21Mpa
水平泵送(常规/高压):1000/1800m
垂直泵送(常规/高压):180/320m
混凝土管径:Ø125/Ø150mm
塔罗度允许范围外:8-23cm
料斗容积:0.7 M³
上料高度:<1460mm
拖行速度:≤8 km/h
总质量:8000kg
外形尺寸:长6750*宽2200*高2300(mm)
液压系统:
形式:开式油路
泵送油压:32 Mpa
搅拌油压:14 Mpa
搅拌转速:20-30 r/min
液压油箱容积:680L
动力系统:
电机额定功率:110+110=220Kw
工作电压:AC380V
电机转速:1480 r/min
启动方式:Y-△/软启动(选用)
 
2、方案确定
随着公司发展壮大,许多产品开始销往海外,为了进一步的开拓市场,占有市场份额,要求设备本身具有较高的稳定性,可靠性,电气元件也需选择知名度较高,稳定性可靠的品牌,而西门子是全球最大的电子和电气公司之一,在工业,能源,医疗和城市基础设施领域世界领先。同时混凝土输送泵车要求设备CPU要有较高的运算速度,S7-200 SMART 的布尔指令运算速度仅为0.15us,与S7-200 相比提高了近1/3;同时S7-200 SMART 以太网口及MicroSD卡的使用也解决了卖出设备的升级时程序更新的不便。综合各方面的考虑将原先使用的OMRON CP1E系列 PLC的控制系统替换为西门子S7-200 SMART PLC SR20的控制系统。
 
方案1、控制器选用西门子S7-200 SMART CPU SR20,属于 S7-200 SMART标准型CPU,继电器输出,220V供电,12输入/8输出,恰巧满足现有需求。
 
方案2、控制器选用西门子S7-200CN 6ES7214-1BD23-0XB8 ,属于 S7-200 CN标准型CPU,继电器输出,220V供电,14输入/10输出,输入点超出2点,输出点也超出两点,完全满足现有需求。
 
综合考虑一下,无论是产品性能,价格,还是软件易用性等其它方面,S7-200 SMART PLC都具有相当的优势,最终决定选择方案一
 
3、产品硬件配置
 
 
电气控制产品硬件配置
 
原设备所需的控制点数为数字量输入12点,数字量输出8点,恰巧贴合西门子SMART PLC SR20的12DI/8DO点数,输入输出的主要点为正泵、反泵、远控/近控、主缸进/退、摆缸进/退、高压/低压、电机启动/停止、接近开关*2、电磁阀*4、指示灯运行指示。
 
PLC选型配置表:

序号
型号
描述
订货号
数量
1
CPU SR20
S7-200 SMART标准型CPU,继电器输出,220V供电,12输入/8输出
6ES7 288-1SR20-0AA0
1

 
设备的I/O点表:

输入地址
符号定义
输出地址
符号定义
I0.0
电机启动按钮
Q0.0
电机启动
I0.1
高低压转换
Q0.1
电机运行
I0.2
正泵(近控/远控)
Q0.2
正泵(泵送指示)
I0.3
反泵(近控/远控)
Q0.3
反泵(泵送指示)
I0.4
左缸(摆缸)
Q0.4
DT1(泵送电磁阀)
I0.5
右缸(摆缸)
Q0.5
DT2(泵送电磁阀)
I0.6
前进(主油缸)
Q0.6
DT3(泵送电磁阀)
I0.7
后退(主油缸)
Q0.7
DT4(泵送电磁阀)
I1.0
接近开关SQ1
 
 
I1.1
接近开关SQ2
 
 
I1.2
远/近控转换
 
 
I1.3
紧急停车
 
 

 
S7-200 SMART CPU 模块本体标配以太网接口,集成了强大的以太网通信功能。一根普通的网线即可将程序下载到PLC 中,方便快捷,省去了专用编程电缆。通过以太网接口还可与其它CPU 模块、触摸屏、计算机进行通信,轻松组网。
S7-200 SMART具备SD卡读写功能,集成Micro SD 卡插槽,使用市面上通用的Micro SD 卡即可实现程序的更新和PLC 固件升级。只需将程序写入SD卡,插入PLC后上电,即可完成程序的写入,无需电脑及编程线的使用。客户的程序很多台机器都相同,使用此功能有两方面优势,一是不用带PC机即可下载PLC程序,二是大大节省了工程师下载程序所用时间。
 
 
 
4、软件设计
4.1 PLC 程序设计
1、S7-200 SMART PLC的程序开发主要包括电动机启动程序、运行指示,接近开关功能等。
1) 电机启动:
这是电动机启动停止的程序,I0.0为电动机启动信号,通过检测脉冲信号即让M0.0置位,然后进行星型启动,同时定时器T37运行,8S后由星型启动转变为三角形启动,至此电动机启动完成。
                             
2) 运行指示:
这是正泵,反泵的运行指示,M3.0是远近空正泵触发中间标志位,驱动Q0.2正泵指示;M3.1是远近空反泵触发中间标志位,驱动Q0.3正泵指示
3)接近开关实现正反泵:
该部分是通过两个传感器(接近开关)I1.0,I1.1检测主油缸开到位,关到位,并实现正反泵的交替运行(主油缸由两套液压缸及两套物料缸组成,主要工作原理为:1号液压缸带动1号物料缸正泵运行时从料斗中吸料,当传感器检测到主油缸开到位后,通过程序控制摆缸摆到1号物料缸,然后1号液压缸带动1号物料缸反泵运行,将1号物料缸中的料进行物料泵送)
5、应用体会
S7-200 SMART的运算速度较三菱或欧姆龙同档次产品速度更快,对设备运行效率有一定程度的提升,本机集成以太网口,节省编程电缆费用,以太网通讯速率快,易于上位机与PLC或PLC与触摸屏的通讯。S7-200 SMART在小型自动化应用中已是非常多的数量,极大地降低了设备成本。
此设备是西门子小型自动化产品整体解决方案的典型应用。相比于之前多品牌电气元件并存,统一的西门子解决方案在有效控制成本的前提下,提升了设备的性能和品牌,操作也更加简便,在市场竞争中更具优势,客户非常满意。
 
6、参考文献
[1] S7-200 SMART 选型手册,系统手册
[2]混凝土输送泵车设备使用说明书
[3] 深入浅出S7-200PLC(北京航空航天大学出版社)
 
作者简介
    王飞(1989.5),男,济南,销售经理,济南优阿图自动化设备有限公司   E_mail:wangflyingfei@163.com QQ:1024586968
 
在论文出版之际,非常感谢陈中川与韩荣斌先生对王飞修改论文的耐心指导,同时感谢同事李浩勋与同学张学健协助修正论文!

 

状 态: 离线

公司简介
产品目录
供应信息

公司名称: 济南工业自动化设备有限公司
联 系 人: 王飞
电  话: 0153-35312531
传  真: 0153-35312531
地  址: 济南市天桥区欧亚电子大厦
邮  编: 250032
主  页:
 
 
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