毕业设计（论文）-沥青路再生设备控制系统设计

1、徐州师范大学本科生毕业设计 沥青路再生设备控制系统设计 第一章 前 言 沥青路面施工中，用于加工沥青混合料的有两种类型，连续式混凝土搅拌设备和间歇式沥青混凝土搅拌设备。由于我国路面工程用的骨料的绝大部分供应厂商，没有根据沥青路面对级配的严格要求的多品种规格来分类，而现有的连续式沥青混凝土搅拌设备由于与间歇式沥青混凝土搅拌设备的工作原理的差异，其骨料的计量系统均被安排在骨料的供应环节（要求进入搅拌设备之前的骨料已经是规格合理的），没有像间歇式沥青混凝土搅拌设备那样，在骨料烘干工序之后，进行筛分之后再计量。因此现有的连续式沥青混凝土搅拌设备，都不能保证使用那些规格不良的骨料时，仍可拌制出级配良好、品质优良的混合料来。为此。我国国家标准GB50092-96沥青路面施工及验收规范交通部部款一律规定：“当工程材料来源或质量不稳定时，不得采用连续式拌和机拌制。”致使我国公路施工中全部采用间歇式沥青混凝土搅拌设备。全套图纸加扣3012250582 间歇式沥青混合料搅拌设备是一种比较复杂的综合配套设备。由于在野外作业，工作环境恶劣，气温变化幅度大，干扰源多，给该设备控制系统的设计增加了难度。特别是用于

2、高等级公路的设备，对沥青、粒料、粉料和温度的计量精度要求更高，硬件和软件的设计要求也相对也较高。必须综合考虑上述因素，采取必要措施，才能满足高等级公路施工的需要。一种间歇式沥青混凝土搅拌设备再生料的方法装置,其处理方法特征是再生料利用现有皮带称配料系统,进行级配控制后再加热；利用温度可调的空气介质加热防止再生料烧焦老化,利用加热滚筒费热对储料斗加热,保温,利用刮板输送器输料解决料路阻塞；利用特殊的空气加热装置对费气中的沥青烟雾再燃烧,既解决污染又利用费热；通用的接口方法可实现与任何现有搅拌设备控制系统的兼容,使两者协调工作 本方案是解决利用普通间歇式沥青混凝土搅拌设备进行再生沥青混凝土加工时遇到的技术缺陷而设计的：（1）再生料加热时直接用火焰加热烧焦老化；（2）再生料无法进行二次热筛，导致级配无法控制；（3）再生料加热后运输、计量时粘结输料装置导致阻塞；（4）加热过程中产生沥青烟雾的二次污染问题；（5）再生设备与配套间歇式搅拌设备协调工作的控制接口等问题而设计的。第二章 控制电路设计$2-1 控制方案比较1控制方式的选择目前控制系统流行的工作方式有以下三种：（1） 全自动工作方式；（2

3、） 半自动工作方式（自动+手动）；（3） 手动工作方式。 不同机型对控制系统的工作方式有不同的要求，控制系统按照工作方式及用户要求选择控制方式，当前控制方式大致可分为四类：a ） 继电接触控制；b) PLC控制；c ） 单片机控制；d ） 计算机控制。 继电接触控制操作简单,可靠,制作成本低,但自动化程度低,控制精度差。PLC控制可实现程序控制,且标准化,通用化及可靠性都较好,缺点是控制精度受到限制,A/D转换灵活性差。单片机控制自动化水平及控制精度都较高,信息处理量大,但系统故障率高,可靠性相对差一些。计算机控制精度高,信息处理快，可实现全自动控制及生产过程管理自动化，但系统复杂，成本高，适用于大吨位，且控制精度要求搞的设备。 2硬件设计 控制系统的硬件设计与控制方式有关，硬件设计要考虑尽量采用现有成熟产品和标准化产品，以便减少制作及调机周期，提高系统的可靠性，下面对各种控制方式的硬件设计分别举例加以说明。 （1）继电接触控制系统的硬件主要是由继电器、接触器、电压表、电流表和一些按钮等组成。图2是沥青混合料搅拌设备搅拌电机的控制实例，当按下开关A时，电机正转；当按下开关B时，电机反转

4、。该电路保证电机正反转之间有互锁关系。 （2）PLC控制系统硬件主要由PLC模块、中间继电器、接触器、数字表和若干按钮组成。图3是沥青混合料搅拌设备成品料提升机PLC控制的例子，系统的动作是：提升斗起始位置在底端装载位A，当PLC检测到搅拌器开状态时，提升斗延时10s后开始提升，提升至高端卸料位B，卸料位B打开，延时10s卸料后，卷场机换相通电，提升斗下降，下降至底端接近开关C时，卷场机延时1s断电，提升斗下滑至底端装载位A待命，当检测到搅拌器开状态时，下一循环重新开始。 (3)单片机控制系统的硬件主要由单片机系统、中间继电器、接触器、数字表和若干按钮组成，高档次的沥青混合料搅拌设备还配有管理计算机、打印机、电源UPS等；单片机主要由CPU、A/D模数转换、模拟放大、通讯,I/O开关量及总线等组成.图4是沥青混合料搅拌设备单片机控制系统,其前沿控制由8098单片机完成. (4)计算机控制系统的硬件主要是由工业控制计算机系统,管理计算机,打印机,电源UPS,中间继电器,接触器,数字表,和若干按钮组成.工业控制计算机系统主要是由工控机,数据采集及放大部分,模数转换A/D部分,开关量I/O部

5、分等组成.图5是沥青混合料搅拌设备计算机控制系统.3.软件设计间歇式沥青混合料搅拌控制系统由于控制方式不同,可有不同的控制软件;继电接触控制没有专门的控制软件,但可通过各种继电器和接触器之间的组合,实现顺序控制;PLC有专门的控制指令,且指令少,程序设计简单,系统工作可靠;单片机控制程序设计灵活,功能强,但程序设计复杂,故障率高;计算机控制软件设计可以用高级语言与计算机语言结合,因此程序设计更灵活.功能更强大,可实现动态过程模拟,人机交换界面更亲切. 由继电器和接触器组成的开关量逻辑控制装置的控制系统,是以硬接线的方式保证顺序动作的实现,它的优点是电路图较直观,形象,结构简单,价格便宜,抗干扰能力强,因此广泛应用于各类机床和机械设备.采用它不仅可以方便的实现生产过程自动化,而且还可以实现集中控制和远距离控制.它的缺点是由于采用固定接线形式,没有通用性和灵活性,在工艺要求提出后才能制作,不能实现系列化生产;采用触点的开关动作,当触点打开时经常产生电弧,容易烧损触点,造成开关动作不可靠,维修不便.尽管如此,这种控制装置仍能满足在一定的范围内的机械设备的自动控制.所以本设计亦采用了继电器接触

6、控制的方法. $2-2 确定工艺路线电气控制系统设计的基本步骤是： 1 拟订电气控制系统设计任务书。 2 确定拖动（传动）方案，选择电动机型号。 3 确定控制方案。 4 画出电气控制线路原理图。 5 选择电器元件，制定电动和电器元件明细表。 6 设计电气柜、操作台、电气安装板，画出电机和电器元件的总体布置图。 7 绘制电气控制线路装配图和接线图。 8 编写设计计算说明书和使用说明书。 图1-1为实现间隙式沥青砼搅拌设备的再生料的处理装置的结构示意图。其中1：皮带配料称；2：皮带称集料带；3：干燥滚筒；4：烟筒；5：暂储料斗；6：暂储料斗门；7：计量计；8：配料搅拌设备的搅拌锅；9：刮板输料器；10：排气废气阀门；11：循环风机；12：循环风管路；13：燃烧器 图1-1的工作原理是：如图1-1所示，本设备充分利用现有间隙式沥青砼搅拌设备进行再生料的利用，提供了再生料的处理装置。 （1）再生料流；将破碎、冷筛分后的再生料装入不同的配料仓中，由皮带配料秤进行再生料的初级配控制。实现初级配后的再生料，由皮带秤集料集料皮带送入干燥滚筒的，在干燥滚筒里通过热空气加热介质对其加热。加热后的再生料进入

7、烟箱中的暂储料斗，咱储料中装有料位器、料温传感器，以控制皮带配料秤配料的进程及加热用空气介质的温度。暂储料斗的斗门开关由二次计量的斗秤控制。斗秤计量后，由刮板输料器送入相配套的间隙式沥青砼搅拌设备的搅拌锅中，在搅拌锅中与新料混合搅拌。 （2）加热空气介质流：新鲜空气进入燃烧器燃烧，在燃烧室中与进一步燃烧和循环的废气混合。完成加热空气、燃烧废气。加热过的空气介质进入干燥筒，在这里与再生料混合加热再生料。加热再生料的废气进入烟箱，在这里利用废热加热保温暂储料斗。烟箱中装有检测气压的传感器，以控制废气的循环风机的转速及排入布袋除尘器管路的阀门动作时序和开度。废气由烟箱出来后分为两路，一路通过配套搅拌设备的布袋除尘器排入大气，另一路通过循环风机及循环管路进入燃烧室，在这里燃烧室中的沥青以及再次升温，以形成加热再生料的空气介质。 图1-2为实现本设备的燃烧器的结构示意图，其中1：轴流风机；2：燃料喷嘴；3：导流罩；4：循环风管接口；5：导气管；6：燃烧器外壳；7：补燃孔；8：掺气孔；9：涡流器；10：降温孔 图1-3为烟箱结构示意图，其中1：烟箱；2：烟箱与干燥桶接口；3：暂储料斗；4：暂储料斗

8、5：烟箱与循环风机接口。 图2-2的工作原理是：新鲜空气通过轴流风机进入燃烧室，在燃烧室里燃烧 由燃油喷嘴喷入的燃油产生热；在燃烧室的补燃区和降温区与循环废气混合,以燃烧废气中的沥青同时升温；然后由导气管形成高速热气流喷入干燥滚筒。轴流风机转速和喷嘴的喷油量连续可调，可控。图2-3的工作原理是：暂储料斗置于烟箱之中，热气流由上而下包围暂储料斗，以利用废气进行保温、加热，防止热料堵塞粘结料斗。根据工艺过程分析其控制要求： 整个系统的大部分动作是由电动机来实现的，部分电磁阀控制，而电动机，电磁阀又是由继电器控制。整个系统示意图如下： 其中,为了确保中间环节不积料,除了正常起动按一定的顺序启动/停止外,还要保证在正常工作期间因某一环节故障的情况下,之间环节也坚持不积料少积料的原则故障检索及互锁功能就县得举足轻重。由于M10,M11工作时间短,可设计成点动。考虑到滚筒、热料提升机在工作过程中难免有沥青附着在上面，在正常起动时，应先对滚筒，热料提升机加热，即启动能量流系统后再起动物料流系统且严格按照工艺要求。主回路主要由12个电动机,三个激振器组成,其中设有一定的短路保护和过载保护。控制回路主要

9、由继电器和按钮组成。系统工作过程如下：先合上开关QS给系统供电，首先按下按钮SB2，线圈KM9得电，辅助动合触点KM9闭合，风机M9起动，依次用手动按钮起动电动机M10，M11，M12。当滚筒内负压达到设定值时，供油点火系统M8起动，给滚筒，提升机加热，即能量流系统起动完毕。然后起动物料流，按物料流逆顺序起动热料提升。电动机先M6起动，滚筒M5起动，接下来是斜皮带机M4起动，集料机M3起动，最后给料机M1，M2起动。最后起动激振器M13，M14，M15，整个系统正常起动完毕，进入工作状态。当停止时，首先停止给料皮带机M1，M2，然后停止集料机M3，再停止能量流系统。滚筒提升机M6，斜皮带机M7继续工作，待系统中物料全部卸完后相继停止。$2-3 绘制电气控制线路图继电器接点控制的基本电路包括:(1)电源电路 电源电路按规定应绘成水平线,它由电源开关组成。(2)主电路 主电路是作用于被控对象的电路如电动机,电磁铁等。(3)控制电路 控制电路是由执行元件(接触器),信号元件(按钮,开关量元件等)和运算元件(中间继电器)组成,在该电路中进行逻辑运算,完成逻辑线路的电控电路。 (4)辅助电路 电源保护如熔断器及热继电器

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