砼工作性测试系统的硬件研制(附件)【字数：14911】
摘 要在进行建筑等工程施工的过程中，发生的一些工程质量所引起的事故，有很多情况下是因为砼强度不足所造成的。为了避免这样的情形发生，有必要针对砼的一些工作特性进行提前测量。所测量的指标包含新拌砼的温湿度等多种特性。流变仪系统的作用就是测量砼工作特性的设备。其组成部分是利用PLC设计一个砼特性测试系统，内部通过步进电机控制相应的传动设备带动机械旋转叶片来进行搅拌。驱动设备控制步进电机转速，可进行电机加速或者减速转动。对于砼搅拌的流变参数，可以通过步进电机旋转扭矩计算出相关的剪切速率和剪切力，再通过相应的数学计算公式便可获得。本次研究的内容是通过PLC控制步进电机，步进电机驱动旋转叶片进行砼搅拌。同时，通过砼强度检测传感器实时监测砼的搅拌强度，将这一量值传递给PLC系统，PLC通过该反馈值作为PID控制器控制对象，进而控制电机的旋转。小型PLC在编程，I/O扩展，通讯接口，开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。本文主要论述了步进电机的原理及驱动方法，并在S7-200 PLC的基础上，对步进电机进行控制。摘 要 ii
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 砼工作性测试的背景及意义 1
1.3 国内外设计研究方法概述 2
1.4 论文主要研究内容 3
1.4.1 取料、出料电路图 3
1.4.2 砼工作性测试 4
1.4.3 论文主要研究内容 4
1.5 本章小结 5
第二章 PLC简介及选型 6
2.1 PLC的产生 6
2.2 PLC的特点 7
2.3 PLC的系统构成 7
2.3.1 主机 8
2.3.2I/O 扩展机 8
2.3.3 外部设备 9
2.4 高速脉冲输出功能 9
2.4.1 用于脉冲输出的特殊存储器 9
2.4 PLC的选择 10
2.4.1 CPU224 10
2.4.2 工作方式 10
2.4.3 扫描周期 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.4.4 性能简介及特点 11
2.5 PLC技术在步进电机控制中的应用 11
2.6 本章小结 12
第三章 步进电机及其控制理论基础 13
3.1 步进电机的特点 13
3.2 步进电机的工作原理及分类 13
3.2.1 步进电机的工作原理 13
3.2.2 步进电机的分类 14
3.3 PID控制器理论基础 14
3.3.1 常规PID控制器理论基础 14
3.4 PID控制步进电机 16
3.6 温湿度传感器 16
3.7 扭矩传感器 17
3.8 本章小结 19
第四章 PLC控制步进电机设计 20
4.1 系统方案设计 20
4.2 步进电机驱动电路设计 21
4.2.1 步进电机驱动技术 21
4.3 PLC控制步进电机 22
4.4 系统仿真 23
4.5 本章小结 27
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 概述
随着当前国内建设大环境的发展，相比较于传统建筑的发展，有了智能建筑的概念，建筑行业以及各种工程方面的应用都需要混凝土。这就引入了本次研究方向的对象。砼即混凝土，在应用过程中，对于混凝土的工作性测试指标要求非常重要。新拌混凝土工作性测试是混凝土行业急需的一种有效手段。目前，国内大部分施工现场均使用现场测得的塌落度来判断新拌混凝土的工作性，但是由于运输途中的交通状况、温度、湿度等因素，都会造成测试结果的不准确。因此，研制性能良好、实用的自动化测试装备是非常重要的。
1.2 砼工作性测试的背景及意义
混泥土的组成部分很多种，包括一些水泥，石灰，杂料等一些物理性应力材料混合在一起，加入适量的水进行混合搅拌而成。同时，由于其实工程建筑的必要材料，虽然使用量特别大，但其重要性更加明显。在降低应用成本的时候，更需保证混凝土的应用特性和质量。从混凝土的原料混合到制成可流动和可塑性的液体材料是整个砼的加工过程。在这个过程中，作为触变性材料，保证混凝土的流变特性非常重要，对其工程应用要求必须严格保证。因为这决定着保证工程质量的好坏。
最早期的建筑工程应用并不是混凝土，而是一些土坯和砖石完成的。后来随着高层建筑和复杂的工程应用越来越多，慢慢混凝土就成为了应用比较广泛的建筑材料。在其使用的初期，混凝土的物理特性并不好，后来随着工艺的改进，砼拌合物更加的便于运输，并且浇筑起来容易成型，且不易发生物理离析等优良的特性。
工程建筑应用越来越多，对时工过程中所使用的混凝土材料特性要求也越来越高。且当前应用时，会更加侧重于其搅拌之后的流动性和成塑性，而不是在最初的时候关注点在其结构形式和成型方式。现代工艺的发展，会在混凝土成型过程中添加一些其他的材料，如减水剂和增稠剂等，用以辅助在混凝土加工过程中的特性提升。这些都为工程建筑质量的提高提供了很大的作用。
当前的工程建筑不再局限于仅仅是楼房的建造，更多会出现在复杂的地形，包括山间和大江河流，这些复杂多变的地理条件也增加了工程质量的风险。如果没有良好的监管和质量监测设备，很难保证工程质量没有问题。因此，在伴随建筑智能化，自动化的发展过程中，十分有必要搭建趋向于网络化，自动监测的环境来弥补工程人员容易疏忽的地方。
目前，多会在时工场地和搅拌区域两个现场装有相对独立运行的检测装置。这种装置会在自身所处的环境中独立运行，实现从材料完成前的装配测试、数据处理、数据存储、卸料、清洗等的整个完整的流程。在完成以上操作之后，会将这一系列操作中的重要参数指标上传至远端服务器，操作人员根据发送过来的数据进行分析对比，并将分析矫正后的数据再反馈给现场，然后再进行二次处理之后得到特性优良的砼搅拌物料。整个操作流程将拌合楼运输、施工现场三者通过信息平台串联起来，实现新拌混凝土从生产到使用的质量跟踪与监管。
1.3 国内外设计研究方法概述
业界针对新拌混凝土工作性的研究已经有很长一段时间了，最开始有学者选择其流变性作为切入点，但并没有取得很好的效果，未得出一系列的测试标准的检测方法。在随后的一段时间内， 混凝土的塌落度测试是被业界普遍所采用的一种测试手段。塌落度测试在使用较长时间之后，逐渐不能满足建筑工程需求，其局限性也日益明显。随后，建筑工程师们对于砼特性测试采用了很多种方法，并不断地在工业现场进行实验，但这些大多是根据其经验所提出来的。所有这些工作也未能全部地将混凝土的工作特性反映出来。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 砼工作性测试的背景及意义 1
1.3 国内外设计研究方法概述 2
1.4 论文主要研究内容 3
1.4.1 取料、出料电路图 3
1.4.2 砼工作性测试 4
1.4.3 论文主要研究内容 4
1.5 本章小结 5
第二章 PLC简介及选型 6
2.1 PLC的产生 6
2.2 PLC的特点 7
2.3 PLC的系统构成 7
2.3.1 主机 8
2.3.2I/O 扩展机 8
2.3.3 外部设备 9
2.4 高速脉冲输出功能 9
2.4.1 用于脉冲输出的特殊存储器 9
2.4 PLC的选择 10
2.4.1 CPU224 10
2.4.2 工作方式 10
2.4.3 扫描周期 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.4.4 性能简介及特点 11
2.5 PLC技术在步进电机控制中的应用 11
2.6 本章小结 12
第三章 步进电机及其控制理论基础 13
3.1 步进电机的特点 13
3.2 步进电机的工作原理及分类 13
3.2.1 步进电机的工作原理 13
3.2.2 步进电机的分类 14
3.3 PID控制器理论基础 14
3.3.1 常规PID控制器理论基础 14
3.4 PID控制步进电机 16
3.6 温湿度传感器 16
3.7 扭矩传感器 17
3.8 本章小结 19
第四章 PLC控制步进电机设计 20
4.1 系统方案设计 20
4.2 步进电机驱动电路设计 21
4.2.1 步进电机驱动技术 21
4.3 PLC控制步进电机 22
4.4 系统仿真 23
4.5 本章小结 27
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 概述
随着当前国内建设大环境的发展，相比较于传统建筑的发展，有了智能建筑的概念，建筑行业以及各种工程方面的应用都需要混凝土。这就引入了本次研究方向的对象。砼即混凝土，在应用过程中，对于混凝土的工作性测试指标要求非常重要。新拌混凝土工作性测试是混凝土行业急需的一种有效手段。目前，国内大部分施工现场均使用现场测得的塌落度来判断新拌混凝土的工作性，但是由于运输途中的交通状况、温度、湿度等因素，都会造成测试结果的不准确。因此，研制性能良好、实用的自动化测试装备是非常重要的。
1.2 砼工作性测试的背景及意义
混泥土的组成部分很多种，包括一些水泥，石灰，杂料等一些物理性应力材料混合在一起，加入适量的水进行混合搅拌而成。同时，由于其实工程建筑的必要材料，虽然使用量特别大，但其重要性更加明显。在降低应用成本的时候，更需保证混凝土的应用特性和质量。从混凝土的原料混合到制成可流动和可塑性的液体材料是整个砼的加工过程。在这个过程中，作为触变性材料，保证混凝土的流变特性非常重要，对其工程应用要求必须严格保证。因为这决定着保证工程质量的好坏。
最早期的建筑工程应用并不是混凝土，而是一些土坯和砖石完成的。后来随着高层建筑和复杂的工程应用越来越多，慢慢混凝土就成为了应用比较广泛的建筑材料。在其使用的初期，混凝土的物理特性并不好，后来随着工艺的改进，砼拌合物更加的便于运输，并且浇筑起来容易成型，且不易发生物理离析等优良的特性。
工程建筑应用越来越多，对时工过程中所使用的混凝土材料特性要求也越来越高。且当前应用时，会更加侧重于其搅拌之后的流动性和成塑性，而不是在最初的时候关注点在其结构形式和成型方式。现代工艺的发展，会在混凝土成型过程中添加一些其他的材料，如减水剂和增稠剂等，用以辅助在混凝土加工过程中的特性提升。这些都为工程建筑质量的提高提供了很大的作用。
当前的工程建筑不再局限于仅仅是楼房的建造，更多会出现在复杂的地形，包括山间和大江河流，这些复杂多变的地理条件也增加了工程质量的风险。如果没有良好的监管和质量监测设备，很难保证工程质量没有问题。因此，在伴随建筑智能化，自动化的发展过程中，十分有必要搭建趋向于网络化，自动监测的环境来弥补工程人员容易疏忽的地方。
目前，多会在时工场地和搅拌区域两个现场装有相对独立运行的检测装置。这种装置会在自身所处的环境中独立运行，实现从材料完成前的装配测试、数据处理、数据存储、卸料、清洗等的整个完整的流程。在完成以上操作之后，会将这一系列操作中的重要参数指标上传至远端服务器，操作人员根据发送过来的数据进行分析对比，并将分析矫正后的数据再反馈给现场，然后再进行二次处理之后得到特性优良的砼搅拌物料。整个操作流程将拌合楼运输、施工现场三者通过信息平台串联起来，实现新拌混凝土从生产到使用的质量跟踪与监管。
1.3 国内外设计研究方法概述
业界针对新拌混凝土工作性的研究已经有很长一段时间了，最开始有学者选择其流变性作为切入点，但并没有取得很好的效果，未得出一系列的测试标准的检测方法。在随后的一段时间内， 混凝土的塌落度测试是被业界普遍所采用的一种测试手段。塌落度测试在使用较长时间之后，逐渐不能满足建筑工程需求，其局限性也日益明显。随后，建筑工程师们对于砼特性测试采用了很多种方法，并不断地在工业现场进行实验，但这些大多是根据其经验所提出来的。所有这些工作也未能全部地将混凝土的工作特性反映出来。
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