S7-200 SMART 在混凝土输送泵车上的应用

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：

设备的I/O点表:

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！