混凝土配料机控制系统设计

摘要 ........................................................................ 2

前言 ........................................................................ 3

1 绪论 ...................................................................... 4

1.1混凝土机械及其发展 ................................................... 4

1.2本设计的内容、任务与目的 ............................................. 6

1.3本章小结 ............................................................. 6

2 混凝土配料机发展意义现状及趋势 . ............................................ 7

2.1 研究配料系统的意义 . .................................................. 7

2.2 配料系统的国内外发展现状 . ............................................ 7

2.3 配料系统的发展趋势 . .................................................. 9

2.4本章小结 ........................................................... 9

3混凝土配料机的总体设计 . ............................................... 10

3.1配料机系统的组成 .................................................... 10

3.1.1给料系统 ...................................................... 10

3.1.2称料系统 ...................................................... 11

3.1.3电气控制系统 .................................................. 12

3.2本章小结 ............................................................ 12

4电气系统设计 .............................................................. 13

4.1设备的选择 .......................................................... 13

4.1.1称重传感器的选择 .............................................. 13

4.1.2 称重传感器测量原理 . ........................................... 13

4.2电机设备的选择 ...................................................... 16

4.2.1电动机工作原理 ................................................ 16

4.2.2电动机接线方式 ................................................ 17

4.3控制系统基本逻辑 .................................................... 18

4.3.1电机系统控制原理 .............................................. 19

4.4本章小结 ............................................................ 20

5 控制系统设计 . ............................................................. 21

5.1开发软件简介 ........................................................ 21

5.1.1 Proteus选定 .................................................. 21

5.1.2 Proteus软件的主要特点 ........................................ 21

5.1.3 KEIL软件选定 ................................................. 21

5.1.4 KEIL软件特点 ................................................. 22

5.2 单片机系统简介 . ..................................................... 22

5.3单片机硬件系统 ...................................................... 23

5.3.1输入接口电路 .................................................. 23

5.3.2输出控制电路 .................................................. 24

5.4 监控软件的设计 . ..................................................... 25

5.4.1组态王简介 .................................................... 25

5.4.2组态界面的建立 ................................................ 30

5.5本章小结 ............................................................ 33

6结论与展望 ................................................................ 34

7致谢 ...................................................................... 35

参考文献.................................................................... 36

随着当今世界经济快速发展，人们对建筑行业提出了更高的要求。以前仅靠工作人员的实践经验，对混凝泥土进行配料，从效率、质量、节约等方面已经无法满足建筑行业的发展。建筑行业向机械化、自动化、智能化发展是二十一世纪的一大目标。决定混凝土质量与效率的关键在于制造混泥土初期的配料精度，由此我们可知建筑行业拥有机械化、自动化的混凝土配料机尤为重要。

凝土配料机是一种与搅拌机配套使用的前台自动配料装置。它可以根据用户设计的混凝土配比自动完成砂、石、水泥等3～６种物料的配料程序。混凝土配料机是由给料系统、称量系统以及电气控制系统组成。给料系统是配料机的重要组成部分，它能够把各种骨料输送至称料料斗中，以备称量，进行配料。称量系统是配料机中主要组成部分，它决定着各种骨料配料的精度。而电气控制也是其中必不可少的，本文设计采用了单片机作为控制器进行了控制。控制系统设计的好坏决定着整个配料机的自动化程度。对提高生产效率、解放劳动生产力，减轻了工人的体力劳动有着重要的作用。当然配料机的使用也为高速发展的房地产业，公路建设等等做出了贡献。

关键词：配料机；单片机； 称量系统；电气控制

在带有自动化配料系统的工业生产中，配料工序是工业生产过程中非常重要的环节，混凝土制造过程中的石子、砂浆、水泥、添加剂、水等五种物料按一定比例进行配制的，其配料精度直接影响着混凝土的质量。因此，精确、高效的称量设备不仅能提高生产率，而且是生产优质板的保证。

国内配料厂前期投入使用的微机配料系统大部分是国外引进的。随着我国电脑工业的发展，微机配料系统已逐步国产化，我国许多科研、生产单位都投入到开发生产的行列。配料系统普遍存在的问题是：配料精度低，机电控制部分的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。配料精度低的主要原因是电子秤系统的动态性范围小，而可靠性差，主要是中间继电器和微机控制系统的可靠性低所致，本设计中的配料系统可减少人的重复操作，并且它还可以完成人无法完成的操作，从而大大地提高工业生产效率。

结合建材行业中混凝土的配料工艺控制要求与特点，这次设计采用了51单片机设计开发了配料控制系统。同时也简单设计了配料系统的组成及上位机监控软件，实现生产过程的动态监视，在彩色屏幕上显示出生产过程设备运行的状况和生产中的数据。经仿真运行，该系统技术性能优良，运行稳定可靠，操作直观方便，对配料控制取得成功。

1 绪论

1.1混凝土机械及其发展

混凝土的施工工艺过程是：配料→搅拌→运输→捣固→养护。

这些工序以前都是手工来完成的。这种落后的生产方式造成人力、财力和时间的浪费。由于人工搅拌往往向拌合料中多加水泥和水，降低了混泥土的质量。再则由于材料容重波动范围很大，体积材料不可能实现设计放入配合比。所以，用手工操作不能制成高质量的混凝土结构和构建。目前，我国混凝土施工中，从配料到捣固等一系列工序都已基本采用了机械。混凝土施工的机械化，提高了生产率，改善了人工的劳动条件，提高了工程质量，降低了成本。

为了进一步提高某些重要的受力大的混凝土结构的强度，根据尽可能地减少水泥浆的用量和用小水灰比，也就是采用坍落度更小，工作度更高的干硬性混凝土。干硬性混凝土的施工对机械设备提出了更高的要求。它要求配料更精确，搅拌更均匀，振捣更强烈，所以称量设备中采用了各种电子称，以保证称量的准确、迅速。

在混凝土的运输方面，采用自卸汽车时，若运距稍长或道路不好，则混凝土容易发生离析。即石子下沉水泥浆上浮，塑性那天尤为严重。所以在工程质量要求较高时都采用搅拌车来运送混凝土。混凝土装入搅拌车的拌筒中，边走边搅，以防止混凝土发生离析，或在较长时间的运输途中凝结硬化。当运距较长时，还可往搅拌筒中加配好的干料，在运输过程中加水，边走边搅，在途中完成搅拌工序。

混凝土的垂直运输。大量采用混凝土泵。用混凝土泵配上适当长的运送管道，可以连续不断地向施工地点运送混凝土。采用泵送混凝土可以节省劳动力，降低工程造价，提高工程质量。但是目前混凝土泵只能输送坍落度大的塑性混凝土。

六十年代以后在地下工程中采用一种叫“混凝土喷射机”的施工机械。它是把混凝土从一个喷嘴中高数喷出，使混凝土在隧洞、巷道等地下构筑无内形成一个支护层。

由上可知，混凝土机械种类繁多，但其重要的配套设备有：混凝土搅拌机、混泥土配料机、混凝土搅拌站、装载机、螺旋输送机、混凝土搅拌输送车、混泥土泵等等。本文主要涉及配料机。为了适应经济建设的需要，混凝土施工应向机械化和自动化发展。

混凝土机械是建筑工程中的一种主要材料，用途广，用量大。例如1975年美国生产了两亿m ³的混凝土。我国混凝土的生产量也必然逐年增加。如何来组织这样大量混凝土的生产，并做到生产率高，质量好，成本低呢? 从一些国家成功的经验来看，应当改变现场设置

搅拌装置的传统方法，实行工厂集中搅拌，推行商品混凝土制度。

在现场临时设置的搅拌装置，大都机械化程度低，称量设备差，生产效率低，混凝土质量不能保证；而且浪费材料，章帝面积大。因此，许多国家都改变了这种做法，把混凝土的生产集中到工厂里进行。工厂把混凝土作为一种商品提供给各施工现场，这些集中生产混凝土的工厂，都有大型机械化骨料堆场，水泥筒仓，有高度机械化自动化的搅拌楼，把最先进的电子技术应用到配料和质量控制系统中，在生产过程的控制和产品的调度方面应用了电子计算机，所以能及时向所定的货工地供应各种混凝土拌和料。商品混凝土制度的推广，大大推动了搅拌机械的发展。从单独生产搅拌机发展成为生产成套机械化、自动化的搅拌楼等搅拌装置。

在发展搅拌楼的同时，中小型拆装式和移动式搅拌站也得到发展。这是因为建筑工地有时分散偏僻，靠集中的工厂供应不方便。另外，这类搅拌站投资少、建设快，而且像搅拌楼一样是机械化自动化的，也是一种定型的成套设备。在某些国家已禁止设置单独的搅拌机来生产混凝土。

在混泥土的制备过程中，必须严格控制其配料，以保证混凝土硬化后能达到设计标号，有合适的和易性，符合准确使用材料和节约材料的原则。配料是混凝土制备工艺中一个重要环节，各组成材料的称量越准确，就越能保证混凝土拌和料的质量和节约更多的原材料。因此配料机是混凝土机械中一个非常重要的机械装备。以下是混凝土搅拌站的工作示意图

图1搅拌站工作示意图

1.2本设计的内容、任务与目的

本次设计主要设计一个满足如下过程的配料机系统：

配料顺序：石子--砂子--水泥；要求：石子给料结束后显示称量结果；3s 后砂子给料皮带输送机启动，同时砂子限料门打开，当离给定值30kg 时，砂子限料门关闭，小流量送料。配料结束后显示称量结果；3s 后水泥螺旋输送机启动。配料结束后，出料门打开，6s 后自动复位。在设计中的一些设备参数如下：

1． 采用三相四线制供电。

2． 主电路电压380v, 控制电路电压220v 。

3． 石子给料皮带输送机：电机功率3kw ，线速度0.9m/s。

4． 砂子给料皮带输送机：电机功率3kw ，线速度0.9m/s。

5． 水泥螺旋输送机：电机功率3kw ，主轴转速120r/min。

6． 出料机构：电机功率1.1kw ； 出料门启闭周期：7s 。

本设计完成后必须要包含以下内容：

1、主电路电机选择及控制电路设计

2、单片机控制系统设计要求：

1）根据被控对象要求选择合适的单片机和传感器。

2）设计称重传感器测量电路。

3）设计单片机控制系统硬件电路。

4）设计控制系统的监控软件和应用软件。

5）画出系统电路图和接口电路图

设计过程中的图纸要求如下：

1、撰写设计说明书，要求不少于2万字；

2、绘制设计图纸折合1#图5张，其中手工绘制不少于2张。

1.3本章小结

本章主要介绍了配料机系统的组成及运行，同时明确了本次设计的任务。

2 混凝土配料机发展意义现状及趋势

2.1 研究配料系统的意义

配料机系统，它与皮带传输系统的设计原理和组成结构基本相同，不同的是，配料系统在皮带传输系统的基础上又增加了“配料”这一功能。

在建筑行业，配料系统用于定量配置混凝土比例，不但使得混凝土质量有了很大的提升，同时也可以起到减员增效，节约成本，减少误差，从而创造更大的利润。在食品加工行业，配料系统的使用代替了大量的手工劳动，提高了劳动生产效率，使得食品加工更方便、快捷。由此可见，配料系统的应用非常广泛。

目前，配料控制系统己广泛应用于工农业生产和社会生活的各个领域。随着科学技术的不断发展，配料控制系统也随之不断改进。在很多生产工艺过程中，人们除了要求衡器能准确地进行称量，满足产品质量的需要外，还要求称重过程能大幅度提高生产效率。尤其是冶金、煤炭、化工、水泥等行业中，常需要对散料进行皮带输送过程中的动态连续称量，而且还要对输送中的流量进行调节、控制、达到准确的配比。配料质量控制的优劣直接关系着企业生产能否顺利进行。如果配制的质量达不到要求，轻则造成原料、能源的浪费，重则影响产品的质量和生产率川，并且有些重要生产岗位的配料失误甚至会给整个生产酿成事故。因此，配料精度的高低和配料速度的快慢制约着整个生产的产品质量和产量，因此应对配料过程的质量和产量控制给予足够重视。

随着我国工业自动化程度的提高，配料系统将在现在和未来的市场需求中占据相当大的比例。皮带配料系统作为一种新兴的高新技术产业而越来越受到世界各国的普遍关注。在西方发达国家，配料系统的生产技术已经相对完善；而在中国，由于先前的技术水平落后，这使得积极开发研制更加精确、方便、可靠、功能更强大的配料系统控制器具有重要意义。而且，中国地大物博、资源丰富，各项工业生产正在以不可阻挡的势头向前发展。可以看到，中国广大的市场为配料系统的发展提供了广阔的前景。另一方面，我国目前的主要矛盾是落后的生产力满足不了人民日益增长的物质文化需要。在物质方面，我们需要又快又好的生产出我们所需要的物质产品，所以我们要进行生产自动化，实现生产的快速性与精确性。 综上所述，我们可以看到配料自动控制系统的研究设计对我国经济发展有着很重要的意义，精确的配料技术不仅可以扩大生产量，还可以是生产出来的产品具有很高的质量和性能，经得起市场的考验，使我们的产品在世界经济市场上更具有竞争力。

2.2 配料系统的国内外发展现状

根据最新配料系统国家标准的规定，皮带配料系统是一种连续累计自动衡器。衡器是利用作用于物体上的重力来确定该物体质量的计量仪器，按其操作方式可分为：自动衡器和非自动衡器。所谓自动衡器就是指在称量过程中无需操作者干预便能按预定的处理程序自动称量的衡器。其中，连续累计自动衡器是无需对质量细分就可对皮带上散装物料进行连续称量的自动衡器。皮带配料系统就是在皮带输送物料的过程中同时对物料进行连续累计称量的一种自动衡器。

配料系统起源于 19 世纪末，工业革命以来，各项新技术突飞猛进的发展，随着皮带传输系统的出现，配料系统也应运而来。最早的皮带传输系统称重原理来自于斗式输送机对散状物料连续自动称量的装置。第二次世界大战之后，随着传感器技术、电子技术的迅猛发展，配料系统的发展也是突飞猛进。

配料系统的发展大致经历了以下四个阶段：

第一阶段是上世纪五、六十年代的纯机械式配料系统，普遍采用机械式、光电式扫描或增量式编码器等，这一阶段的配料系统仅具有识别计数和启动功能。

第二阶段是六、七十年代的传感器电子仪表配料系统，随着模拟电路和数字电路的飞速发展，逐渐出现了各种小型化的配料电动仪表。可用仪表来实现平衡、识别和累计计算等功能。

第三、第四阶段是20世纪七十年代末的微机智能化的配料系统。计算机首次被引入电子配料系统，大大提高了它的集成度。此时的配料系统累计量运算采用累加法代替了积分法。

第一、二阶段的配料系统只能进行简单的测量、累计计算，而且准确度不高，对系统运行过程中的变化不可控制，因此其计量过程准确度低，动态性能差，缺乏稳定性。而第三、四阶段的配料系统控制器集合了微机技术、现代计量技术、通讯技术、网络技术、工业控制等技术，不仅增强了计量的准确性，而且对其在计量过程中出现的问题能够实时监测和控制，同时，仪表的显示、报警、调零等功能的自动控制也越来越完善。而通讯技术的发展更是增强了仪表的远程维护诊断与数据传输的功能。

在自动配料系统的研发与设计方面，欧美发达国家的起步较早，而当时的中国在清政府的统治下，采取闭关锁国的外交政策，使得我国没有及时的引进这些先进技术。鸦片战争以后，我国一些先进知识分子开始意识到西方科学技术的强大，渐渐摘掉了夜郎自大的眼睛，放眼看世界，开始在西方列强的压迫下摸索前进。

新中国成立后，政府高度重视科学技术的发展。我国的科学技术突飞猛进，不断地克服技术上的难题。其中配料控制系统作为一个在各个生产领域方面都有其重要作用关键环节更

是取得了很大成就。

2.3 配料系统的发展趋势

近年来，随着计算机技术的飞速发展，对原有配料系统进行技术方面改进已经成为必然的趋势，提出了通过数据采集、自动控制、远程监视、报警、运行管理、变频调速等多方面的技术改进方法。在生产任务繁重的时候，要求系统能够加快生产速度，集中控制电机的启动、浏览生产工业流程图、作出事故报警响应、调节电机运行速度等功能，实现所需功能的集中控制，这就要求系统可以实现远程控制功能，并且实时对现场设备进行监控。

第一，大规模集成芯片的产生和广泛应用使得稳定安全的控制系统得到了基本的保证，但是在一些严酷的环境下，系统故障还是时常发生，导致我们生产出来的产品会因为外界扰动配料失调而不合格，所以系统在恶劣环境的抗干扰能力有待提高。

第二，在工业生产当中尤其是化学工艺中，对物料的配料精度有着极高的要求，一般的配料自动控制系统很难满足要求，需要开发高精度高灵敏度的设备来实现这类一行业的生产自动化。对于这一点，我们除了在硬件方面采取一些措施，选择性能较高的元器件：也可以在软件编程上面下功夫。

第三，现代的工业自动化虽然给我们的生产生活带来了极大的便利，但与此同时对环境也产生了不良影响，我们需要在生产过程中采用一些手段使得我们的生产更环保、更节能，认真贯彻可持续发展战略。

通过以上的分析，可以看到配料自动控制系统还要经过一些完善，具有很深刻的研究意义。

2.4本章小结

本章对配料机的的发展意义和发展前景做了简要了解，通过调研发现本次毕业设计的意义所在。也端正了我对本次设计的态度。

3混凝土配料机的总体设计

配料机采用了电子称量，微机控制，数字显示，具有称量正确、配料精度高、速度快、控制功能强。操作容易等优点。和搅拌机配合可组成搅拌站，

以下是配料机的整体结构图，如下所示

总料料料料出

电

源一二三四料传

图2混凝土配料机结构图

该配料机工作前由装载机分别向各个储料斗供给砂、石、水泥等物料。按配料控制仪说明书要求，向配料控制仪输入配方（不用的物料一定设为零），按下配料按钮后，配料机便开始进入自动配料程序。其工作过程与上述要求相同。出料完毕后，出料皮带机自动停止。如此往复。该混凝土配料机均由给料系统、称量系统和电气控制系统三个大部分组成。

3.1配料机系统的组成

3.1.1给料系统

给料设备是化工企业机械化贮运系统中的一种辅助性设备。其主要功能是将已加工或尚未加工的物料从某一设备（料斗、贮仓等）连续均匀地喂料给承接设备或运输机械中去。给料设备的种类有很多，目前尚无较完整的分类方法。按其承载机构运动方式的不同，大致分类如下表所示：

表1给料系统分类

3.1.2称料系统

称料系统是配料机的关键部分，由称料斗、称量系统及称量传感器组成。配料机中主要有石子、沙子、水泥的称量。

在工业配料过程中, 常用称量方式有进料式称量和卸料式称量2 种。进料式称量有2 种实现方法, 第1 种方式称为零位法, 即在称量开始时通过给料设备向称量料斗内给料, 在称量值达到设定值时停止给料, 然后打开闸门将料卸出, 再从零位重新称量下一物料; 第2 种方式称为增量法, 即称量料斗接收、称量好一种物料后, 不排空料斗, 而是只将电子秤内部计数值清零, 再接收另一物料。显然, 零位法的称量精度比增量法的称量精度高。

采用进料式称量, 当给料设备停止给料后, 还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗, 这些余料称为落差。因为有落差的影响, 增量法称量物料重量的设定值应为要配制的物料标准重量减去落差值。

为保证称量速度和称量精度, 在进料式称量时一般采用双速给料的方法, 即先快速给料至设定值的90 %～95 % , 以保证称量效率, 然后慢速给料, 以保证称量精度。卸料式称量首先向料斗内装入始终多于配方要求的物料, 然后自料斗内向外卸料进行称量, 落下的物料的重量就是要配制的物料的重量。减量法称量还可以省去料斗, 直接将传感器安装在料仓上, 料仓中物料总重量减少的数值就要配制的物料的重量值, 此方法由于精度太低而较少采用。减量法只能一料一秤。

同样为了兼顾速度和精度, 减量法也采取双速卸料, 一般是先快速卸料, 到达设定值的90 %～95 %时改为慢速卸料。

在进料式称量中, 由于物料本身特性及料斗原因可能造成卸料不净, 从而产生称量误差。卸料式称量只称量从料斗中取走的物料量并显示其重量, 不存在卸料干净与否的问题, 因而该方式特别适合于称量难称的物料, 如易粘附的物料等, 其缺点是设备比较复杂, 需要同时有给料装置和卸料装置, 要求车间高度较高, 并且由于称量料斗内的物料重量值总是高于需要配制的物料的重量值, 从而导致传感器量程增大, 造成称量精度降低。因而一般情况下卸料式称量的精度比进料式称量的精度低。在本文的设计我们采用进料式称量方式。

3.1.3电气控制系统

电气控制系统是配料机的核心部件，它的功能主要是实现整个配料机的称量、显示、操作机完成各种自动配料程序。该系统主要由配料控制仪和强电回路两部分组成。本次设计主要采用单片机作为控制器。设计对应电气控制系统。

3.2本章小结

本章对配料机系统的组成及工作原理做了简要的论述，通过上面的了解为我后面的设计理清了思路，开拓的视野。

4电气系统设计 4.1设备的选择

4.1.1称重传感器的选择

由于系统中包含基本的控制，本此设计选用51单片机作为主控器，对于称量系统由于系统没有指定称量范围所以我选定XJH －10微型荷重传感器作为称重传感器，其技术参数如下：

由于其量程为10-2000KG 满足我所设计的称量系统，故选择这种传感器。其外形如图2所示：

图3传感器外形图

4.1.2 称重传感器测量原理

在工业测量过程中一般重量不能直接测量，必须先计算物体产生的压力通过简单的换算，换算为重量表达。

根据测压原理的不同，压力检测的方法主要有以下几类：

1、重力平衡法

这种方法是按照压力的定义，通过直接测量单位面积上所受力的大小来检测压力。 2、弹性力平衡法

这种方法利用弹性元件受压力作用发生弹性形变而产生的弹性力与被测压力相平衡的原理来检测。

3、物理测量法

这种方法是根据压力作用后所产生的各种物理效应来实现压力测量。 本次设计所选择的是弹性压力测量原理的压力传感器。其测量原理图如下：

图4 传感器测量原理图

变送器的传统输出直流电信号有0-5V 、0-10V 、1-5V 、0-20mA 、4-20mA 等，目前最广泛采用的是用4-20mA 电流来传输模拟量。工业上最广泛采用的是用4-20mA 电流来传输模拟量。

采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA 是因为防爆的要求：20mA 的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA 的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA ，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA 作为断线报警值。

电流型变送器将物理量转换成4-20mA 电流输出，必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC 或者GND ），可节省一根线，称之为三线制变送器。

其实大家可能注意到， 4-20mA电流本身就可以为变送器供电。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4-20mA 之间根据传感器输出而变化。

显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。工业电流环标准下限为4mA ，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA 供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元。因此在实际使用中两线制变送器得到越来越多的应用。其接线如下图2所示：

I

图5两线制变送器接线

重量传感器测量原理图如下：

图6 变送电路原理

在变送电路中，应变电桥由1MA 的恒流电源供电。未承受压力时，R1=R2=R3=R4 ,左右桥臂支路电流相等I1=I2=0.5mA，电桥平衡，a,b 两点电位相等。电路输出电流I0=4mA。当收压时，电桥中R1，R3增大，R2，R4减小，从而导致b 点电位升高，a 点电位降低，电桥失去平衡。电桥输出电压送入放大器A1，经过电压-电流转换电路转换为电流I0+⊿I0（3-19mA ）, 这个增大的电流流过反馈电阻Rf 使其上的反馈电压增加而导致b 点电位降低，直到a,b 两点电位相等，应变电桥在压力的作用下达到新的平衡。当压力传感器量程上限时，I0=20mA，而与量程范围对应的电路输出电流范围在4-20mA 。

4.2电机设备的选择

根据要求我选择 Y2-100L2 -3KW-380V型号的电机，其示意图如下：

图7 电动机示意图

通过调节其皮带轮的大小可以调节线速度的大小以满足要求。

4.2.1电动机工作原理

三相异步电动机的转速公式为: n = n1 (1-s)=60f(1-s)/p (1) 式中: n — 电机的转速，r/min n1 — 同步转速，r/min p — 磁极对数 s — 转差率，% f — 频率，Hz

由转速公式（1）可知, 我们可以通过改变极对数、转差率和频率的方法实现对异步电机的调速。前两种方法转差损耗大，效率低，对电机特性都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽(10%～100%)和精度高等性能，节电效果20%～30%。 实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。因为由异步电机的电势公式可知，外加电压近似与频率和磁通乘积成正比，即： U∝E=C1fΦ （2） 式（2）中，C1为常数，因此有：Φ∝E/f≈U/f （3） 若外加电压不变，则磁通Φ随频率而改变，

如频率f 下降，磁通Φ会增加，造成磁路过饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。

4.2.2电动机接线方式

三相电机二种接线运行方式，第一种为星形（Y ）接法，电机内部三相定子绕组的首或尾端连接，另一端三相分别通入U.V.W 三相交流电运行，适用于三千瓦及以下的三相异步感应式电动机。第二种为三角形（△）接法，即将三相定子绕组的首尾对应连接，第一相绕组的首端与第三相绕组的尾端连接可视为U 相，第二绕组首端与第一绕组的尾端相连接可为V 相，第三绕组首端与第二绕组的尾端相连接可为W 相，分别通入U.V.W 三相交流电源运行，适用于4kw 及以上的三相异步感应式电动机。但对电动机的接线方法应按实际铭牌接线为准。其示意图如下：

图8 电动机接法示意图

本次设计我采用第一种方式，采用星形（Y ）接法，这种方式的特点是：

发电机三相绕组的通常接法如图8左边示，即将三个末端联在一起，这一联接点称为中点或零点，用N 表示。这种联接法称为星形联接。从中点引出的导线称为中线或零线。中线通常与大地相连，此时又称为地线。从首端A 、B 、C 引出的三根导线称为相线或端线，俗称火线。这种具有中线的供电方式称为三相四线制。若无中线引出只有三根相线的供电方式称为三相三线制。通常低压供电网均采用三相四线制，其四根导线可用不同颜色(黄、绿、红、黑) 标记。

三相四线制供电的特点是可以给负载提供两种电压：一种称为相电压，即火线与零线间的电压，其有效值用UA 、UB 、Uc 或通常用Ur 表示，参考方向规定为由相线指向零线；另一种称为线电压，即相线与相线之间的电压，其有效值用UAB 、UBC 、UCA 或通常用Ur 表示，其参考方向由双下标的先后顺序表示。

当发电机三相绕组联成星形时，由于发电机三相绕组产生的三个电动势是对称的，因此三个相电压也是对称的，即：

⎧U a =p sin(ωt ) ⎪⎪0⎨U b =p sin(ωt -120) ⎪0U =sin(ωt +120) c p ⎪⎩

要对三项电动机进行接线就必须对电力系统进行接线，对于本次设计电力系统接线图如下：

图9电力系统接线

4.3控制系统基本逻辑

根据设计要求：

配料顺序：石子--砂子--水泥；要求：石子给料结束后显示称量结果；3s 后砂子给料皮带输送机启动，同时砂子限料门打开，当离给定值30kg 时，砂子限料门关闭，小流量送料。配料结束后显示称量结果；3s 后水泥螺旋输送机启动。配料结束后，出料门打开，6s 后自动复位。

我得出的该系统的控制逻辑框图如下：