基于PLC的糧食烘干機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)畢業(yè)設計論文

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1、 沈陽理工大學應用技術學院 題 目：基于PLC的糧食烘干機系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 院 系： 專 業(yè)： 班級學號： 學生姓名： 指導教師： 成 績：

2、 年 月 日 摘 要 目前，糧食烘干技術在糧食的儲存過程中起著至關重要的作用。由于人工晾曬存在各種人為因素和天氣因素的限制，且存在效率低下，烘干效果不達標等問題。因此，本文介紹了一種基于PLC控制技術，以歐姆龍CPM2A可編程控制器為控制核心，對糧食烘干機的自動控制，即進糧、循環(huán)烘干、自動調(diào)溫、合格糧食出糧的自動控制。實現(xiàn)糧食的全過程自動烘干。 本文主要有硬件設計部分，軟件設計部分，主程序模塊，燃燒爐模塊等幾部分組成。軟件設計在CX-P編程軟件上以梯形圖編寫，主要通過步進控制指令來完成對糧食烘干機各個子過程的控制。并通過組態(tài)王軟件模擬了糧食烘干機的自動控制

3、過程。 關鍵詞：PLC；糧食烘干機；自動控制 Abstract At present,grain drying technology plays a vital role in the food storage process. Presence of a variety of human factors and weather factors limit due to the artificial drying, and there is the problem of inefficiency, the dryin

4、g effect of non-compliance.Therefore, this article describes a PLC-based control technology, Omron CPM2A Programmable controller to control the core grain dryer automatic control, that is, into the grain circulation drying thermostat qualified food Payroll automaticallycontrol. The whole process of

5、achieving food drying. In this paper, a few parts of the hardware design, software design, the main program module, and the burner module.The software is designed to ladder programming software CX-P prepared, mainly through the stepper control instructions to complete control of the various sub-pro

6、cesses of the grain dryer. Kingview software simulation, automatic control of grain drying process. Key words: PLC；grain dryer；automatically control III 目 錄 緒 論 1 1 系統(tǒng)的主要硬件選擇 2 1.1 控制系統(tǒng)選擇 2 1.1.1 歐姆龍PLC的介紹 2 1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 2 1.1.3 PLC的特點 3 1.2 糧食烘干機的選擇

7、 4 1.2.1 概述 4 1.2.2 糧食烘干技術 4 1.2.3 糧食烘干機的組成 6 2 自動控制系統(tǒng)設計 8 2.1 糧食烘干工藝流程 8 2.2 系統(tǒng)硬件設備 8 2.2.1 PLC的基本組成 8 2.2.2 系統(tǒng)機型的選擇與配置 10 2.2.3 定義號的分配 10 2.3 系統(tǒng)的軟件設計 11 2.3.1 程序框圖 11 2.3.2 梯形圖設計 13 2.3.3 部分語句說明 15 2 系統(tǒng)的組態(tài)模擬 18 3.1 模擬軟件 18 3.1.1 組態(tài)王軟件介紹 18 3.1.2 組態(tài)王軟件特點 18 3.1.3

8、 組態(tài)王軟件的命令語言 18 3.2 利用組態(tài)王軟件模擬系統(tǒng) 19 3.2.1 糧食烘干機過程模擬 19 3.2.2 燃燒室供油控制過程模擬 25 結(jié) 論 27 致 謝 28 參考文獻 29 附錄A 主程序梯形圖 30 附錄B 組態(tài)界面 33 附錄C 組態(tài)程序 34 附錄D 實物接線圖 37 沈陽理工大學應用技術學院學士學位論文 緒 論 我國是世界上最大的糧食生產(chǎn)國和消費國，年總產(chǎn)糧食約5億噸。據(jù)統(tǒng)計，我國糧食收獲后在脫粒、晾曬、貯存、運輸、加工、消費等過程中的損失高達18％左右，遠遠超過了聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定的

9、5％的標準。在這些損失中，每年因氣候原因，糧食來不及曬干或未達到安全水分造成霉變、發(fā)芽等損失的糧食高達5％，若按年產(chǎn)5億噸糧食計算，相當于2500萬噸糧食，若每人每天食用500克糧食，可供6．8萬人食用1年。這數(shù)字是驚人的。從這一意義上說，我們需要使用新技術來降低損失。它便是由PLC程序編寫控制的糧食烘干機。 隨著我國現(xiàn)代化建設的不斷推進，我國的農(nóng)業(yè)機械化自動化水平也相應不斷提高，各種形式糧食烘干機源源不斷地推向市場。糧食烘干機的自動控制可用傳統(tǒng)的電器控制，也可用單片機控制，還可用PLC控制[1]。糧食干燥同時也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的步驟，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關鍵環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)糧食生產(chǎn)全程機械化的重要

10、組成部分。糧食干燥機械化技術是以機械為主要手段，采用相應的工藝和技術措施，人為地控制溫度、濕度等因素，在不損害糧食品質(zhì)的前提下，降低糧食中含水量，使其達到國家安全貯存標準的干燥技術。 本文主要探討用對燃油循環(huán)式糧食烘千機進行自動控制。本文共分為三大部分即PLC基礎知識、系統(tǒng)軟件設計部分、組態(tài)王設計部分。其中第一部分介紹了PLC系統(tǒng)的發(fā)展、定義、工作原理等。第二部分主要介紹了PLC系統(tǒng)的軟件設計，用PLC實現(xiàn)了現(xiàn)糧食烘干全過程即進糧、循環(huán)烘干、出糧的自動控制。并且在系統(tǒng)正常工作過程中對燃燒室溫度進行實時監(jiān)控，保證系統(tǒng)的烘干效率空。第三部分主要介紹了組態(tài)王軟件系統(tǒng)畫面的設計，并可以用組態(tài)王軟件監(jiān)

11、控糧食烘干機的實時工作狀況，最后經(jīng)過仿真調(diào)試證明本系統(tǒng)性能良好、運行穩(wěn)定。 1 系統(tǒng)的主要硬件選擇 1.1 控制系統(tǒng)選擇 隨著隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進程的推進，農(nóng)業(yè)機械化自動化水平不斷提高，各種形式糧食烘干機源源不斷地推向市場。糧食烘干機的自動控制可用傳統(tǒng)的電器控制，也可用單片機控制，而PLC高抗干擾性及豐富的接口等特點使得PLC成為糧食烘干機控制系統(tǒng)的最佳選擇。本設計選擇歐姆龍系列的PLC。 1.1.1 歐姆龍PLC的介紹 Programmable Logic Controller 簡稱為PLC，即可編程控制器，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置

12、。由定義可知，它是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程[2]。 1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 可編程控制器是以自動控制技術、微計算機技術和通信技術為基礎發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置。首先提出PLC這個概念的是美國通用汽車公司提出的，1968年，該公司希望能有一種新型的控制裝置來取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置，1969年，美國數(shù)字設備公司就研制出了一種可以把計算機的通用、靈活、功能完備等優(yōu)點與繼電器控制的簡單、易懂

13、、操作方便、價格便宜等特點結(jié)合起來的控制裝置，這就是第一代可編程邏輯控制器，稱ProgrammableLogic Controller（PLC）。 后來，可編程控制器用微處理器作為控制核心，功能已不僅僅局限于邏輯控制的范疇，因此又稱其為ProgrammableController（PC），但為了與個人計算機（Personal Computer）簡稱相混淆，可編程控制器仍然被稱為PLC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順

14、序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。憑借其優(yōu)越的性能，PLC自問世以來發(fā)展極為迅猛，處理速度和可靠性大大提高。到20世紀90年代中期，PLC幾乎完全計算機化，速度更快、功能更強，而且各種智能化模塊被不斷開發(fā)出來?，F(xiàn)在，PLC不僅可以進行邏輯控制，更是在數(shù)字量的智能控制、模擬量的閉環(huán)控制、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)等方面得到廣泛的應用。我國從上世紀70年代中期開始研制PLC，隨著PLC產(chǎn)品的性能不斷提高，PLC技術的推廣會使我國工業(yè)自動

15、化產(chǎn)生革命性的飛躍。 1.1.3 PLC的特點 1、靈活性和通用性強 PLC是利用存儲在機內(nèi)的程序來實現(xiàn)各種控制功能的。因此，當控制功能改變時，PLC控制只需修改程序即可，無需改動外部接線。與繼電器控制系統(tǒng)的控制電路在工藝要求稍有改變就需重新人工布線，改變控制電路相比，PLC的靈活性和通用性具有無可比擬的優(yōu)勢。 2、 抗干擾能力強、可靠性高 在繼電器控制系統(tǒng)中，器件的脫焊、老化、觸電電弧的現(xiàn)象是不可避免的。這就大大降低了繼電器控制系統(tǒng)的可靠性。而且繼電器系統(tǒng)的維護工作需要消耗大量的人力物力。在停機維修期間也會對企業(yè)造成不可估量的損失。 但在PLC控制系統(tǒng)中，由于大量的開關動作是通

16、過半導體電路完成的，并且PLC在軟件和硬件上都采取了強有力的保護措施。例如，主要控制核心元件，如電源變壓器、CPU、編程器等都采取嚴格的屏蔽措施，以防外界干擾；供電系統(tǒng)及輸入電路采用多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾；采用模塊式結(jié)構(gòu)，一旦某一模塊有故障可以迅速更換，從而縮短系統(tǒng)的停機維修時間；PLC通過監(jiān)控程序定時進行檢測，當檢測到故障時，會將當前的狀態(tài)保護起來，并立即報警，停止程序的執(zhí)行。故障排除后恢復到故障前的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行程序。 3、PLC的功能強、功能的擴展能力強 ⑴PLC利用程序進行定時、計數(shù)、順序、步進等控制，與繼電器控制動則使用大量的計數(shù)器、時間繼電器、步進控制開關等設備相比

17、，在準確性和可靠性上具有無可比擬的優(yōu)勢 ⑵PLC具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)運算、運動控制等功能。因此，相對于繼電器控制，PLC既可以對模擬量進行控制，也可以對數(shù)字量進行控制。 ⑶PLC還具有通信連網(wǎng)功能，因此可以控制一個機群，多個生產(chǎn)線，也可以進行現(xiàn)場控制或者遠距離監(jiān)控。 4、PLC控制系統(tǒng)的設計、調(diào)試周期短 由于PLC是通過程序來控制系統(tǒng)，因此設計人員可以在實驗室進行設計和修改程序，并且可以在實驗室進行系統(tǒng)的模擬運行和調(diào)試。不必親臨現(xiàn)場，使現(xiàn)場工作量大為減少。這與繼電器控制系統(tǒng)靠費時費力的調(diào)整控制電路的接線來改變控制功能相比有了十足的進步。 5、體積小、重量輕、能耗低

18、 PLC內(nèi)部電路主要采用半導體集成電路，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、能耗低等特點[4]，而且PLC所具有的強抗干擾性和適應性，使得它成為機電一體化的理想裝置。 1.2 糧食烘干機的選擇 1.2.1 概述 糧食干燥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的步驟，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關鍵環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)糧食生產(chǎn)全程機械化的重要組成部分。糧食干燥機械化技術是以機械為主要手段，采用相應的工藝和技術措施，人為地控制溫度、濕度等因素，在不損害糧食品質(zhì)的前提下，降低糧食中含水量，使其達到國家安全貯存標準的干燥技術。 糧食干燥是糧食收獲后的一個重要環(huán)節(jié)，因為收獲是為了減少田間落粒損失，因此人們都會注意適時收獲，而適時收獲的糧食

19、其水分較大。如不及時干燥會造成糧食霉爛變質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計，我國每年收獲的糧食中由于干燥不及時而造成的霉爛損失達500－1000萬噸，估計占全年糧食總產(chǎn)量的1.5%－3%，可見糧食干燥是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不容忽視的問題。雖然我國糧食烘干機械有近30多年的發(fā)展歷史，但技術含量偏低，產(chǎn)量偏少，烘干技術不成熟，烘干機種類少，耗能高，自動化水平偏低，缺乏適合個體戶、種糧大戶以及以村為單位使用的中小型多功能烘干機械等缺點大大限制了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。全國現(xiàn)有2萬多臺糧食烘干機，每年烘干的糧食不足全國總產(chǎn)量的1％左右，與世界發(fā)達國家機械糧食烘干占總產(chǎn)量的95％左右相比，我國糧食烘干機械發(fā)展遠遠不能適應于糧食生產(chǎn)發(fā)展需要

20、 1.2.2 糧食烘干技術 干燥糧食的方法有日曬干燥和機械化干燥。日曬干燥是我國幾千年來采用的老方法。機械化干燥是通過專業(yè)干燥機對糧食進行機械自動化干燥。 現(xiàn)代人在馬路上曬谷不但危害交通，也污染糧食；用曬谷場曬谷，又浪費寶貴的土地資源。人工曬谷耗費大量人力，成本高，稻谷質(zhì)量無法掌控。遇到梅雨天就無法曬谷，無法將收成掌握在自己手中，很不科學。我國糧食產(chǎn)區(qū)特別是南方地區(qū)，稻麥收獲期常常出現(xiàn)陰雨梅雨天氣。農(nóng)民最擔心糧食收獲期遇上陰雨霉雨天氣，因為這種天候收獲的糧食含水率都是非常高，造成濕谷來不及曬干或無法達到安全水份，因而產(chǎn)生霉變發(fā)芽。 濕谷沒有搶鮮干燥，除了經(jīng)濟上的損失，糧食會產(chǎn)生黃曲霉，

21、黃曲霉的毒性非常強，可引起肝的癌變,嚴重危害人民的健康。所有糧食只要含水率過高，都有可能會產(chǎn)生黃曲霉。如果可以馬上進行干燥，就能搶救糧食免于霉變發(fā)芽，杜絕黃曲霉產(chǎn)生，所以搶鮮將糧食干燥到安全的含水率是儲糧安全的首要條件。 由于人工曬谷的局限性，無法解決及時干燥糧食和保證糧食高質(zhì)量的問題，難以面對國內(nèi)對糧食質(zhì)量的需求及國外市場的競爭。據(jù)估計我國農(nóng)戶收割后及儲糧損失率在8%~10%，每年損失糧食超過150億公斤，損失高達300-600億元。相對于人工曬谷，機械化干燥不但不怕陰雨天，整個干燥過程的質(zhì)量都是科學化自動監(jiān)控的。全面推廣干燥機械化，配合低溫均勻干燥的技術，生產(chǎn)出的優(yōu)質(zhì)米就可高價外銷世界各

22、地，創(chuàng)收外匯。不但不用擔心進口大米的競爭，還可享受出口優(yōu)質(zhì)大米帶來的收益[5]。 現(xiàn)今歐、美、日等發(fā)達國家都全面采用干燥機械化，糧食質(zhì)量都很高，所以糧食干燥機械化是必走之路。而機械化烘干技術主要分為以下幾種： 1、對流干燥法 對流干燥法作為最常用的糧食干燥方法，它是將加熱的空氣或氣流與冷空氣的混合氣以對流的方式接觸物料，從而進行熱交換。蒸發(fā)出來的水分則被干燥介質(zhì)（空氣等）帶走。這種方法的主要特點是干燥介質(zhì)的溫度和濕度容易被控制，可避免物料發(fā)生過熱現(xiàn)象（過干燥）而降低其品質(zhì)。國內(nèi)外企業(yè)中，上海的三久公司和日本的金子公司生產(chǎn)的干燥設備大多是采用對流干燥方法[6]。 2、吸收干燥法 吸收干

23、燥法是利用常溫接觸的干燥工藝進行干燥的方法。它一般采用兩種方法，一是濕的糧食和谷糠（含水率2%-3%）進行混合貯存，實現(xiàn)對濕谷的干燥；另一種方法是濕谷和干谷（含干率為12%-14%）進行混合貯存，然后再對糧食進行通風，實現(xiàn)對糧食的干燥。吸收干燥法的優(yōu)點明顯，用這種方法進行干燥時不需要糧食臨時貯藏設備及配備大型風機，不用加熱糧食，而且，每一次接觸干燥，濕谷中的水分向谷糠中轉(zhuǎn)移的過程大約需6小時左右完成，節(jié)省了干燥時間。 3、倉式干燥法 這種干燥方法是一種經(jīng)濟、有效地處理各種高水分糧食的科學手段。它不僅可以改善工作條件，克服外界環(huán)境的制約，同時具有設備簡單、投資少、可與現(xiàn)有倉儲機械通風系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

24、配套使用，干燥糧食品質(zhì)好，處理費用低等優(yōu)點。 4、聯(lián)合作業(yè)干燥法 聯(lián)合作業(yè)干燥法是把傳統(tǒng)的干燥方法進行縱使考慮，聯(lián)合作業(yè)進行干燥的方法。這種方法是通過控制糧食的干燥速度和通風的氣流的速度進行干燥。美國福特斯公司采用烘干——通風干燥法對糧食進行干燥。用順流——逆流組合干燥方法對糧食進行干燥在德國廣泛應用。 5、微波干燥法 微波干燥的原理是通過微波與物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生熱效應。一些微波在所謂吸收性介質(zhì)中傳播時，其大部分能量唄介質(zhì)吸收而產(chǎn)生熱量，即具有明顯的熱效應，這類吸收性介質(zhì)最宜用于微波加熱。水能強烈地吸收微波。含水物質(zhì)一般都是吸收性介質(zhì)，都可以用微波來加熱 6、紅外干燥法 它是利用物

25、料吸收有一定穿透性的遠紅外線使內(nèi)部自身發(fā)熱、濕度升高導致失水，具有保質(zhì)、干燥快和節(jié)能等特點。但由于遠紅外干燥作業(yè)靠較高溫度的遠紅外輻射板輻身大量遠紅外線來工作，整個干燥室必存在溫度和物料失水的不一致，易導致箱體內(nèi)各處溫度分布、物料水分含量差異進行研究，其結(jié)論將對遠紅外干燥設計、干燥工藝參數(shù)選擇具有指導意義。 由于本設計只是一個初步設計，因此選擇最常用的對流干燥技術。 1.2.3 糧食烘干機的組成 糧食干燥設備有很多種，他們的原理和操作方法各不相同，用途也有所差異。這里只介紹兩種應用不同方式進行糧食干燥的干燥機。 1、箱式通風干燥機 箱式通風干燥機，屬于靜置式干燥機。它由燃燒室和干燥

26、室組成。其中，燃燒室包括控制箱，熱風機，油箱。干燥室包括熱風室，網(wǎng)板，箱板。箱式通風干燥機結(jié)構(gòu)簡單，價格相對比較低，并且操作簡單，是一種通用型的干燥機。適合用來干燥糧食的種子和各種顆粒狀物品，如花生，辣椒，蒜頭，咖啡等[7]。 2、循環(huán)式干燥機 循環(huán)式干燥機，是日本、東南亞以及我國最廣泛使用的干燥機。循環(huán)干燥機主要由大漏斗，熱風機，油箱，電腦水份計，升降機，排風機，倉庫層，出谷管組成。為了能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)控制，因此選擇循環(huán)干燥機。 2 自動控制系統(tǒng)設計 2.1 糧食烘干工藝流程 打包儲藏 排糧管 高水份糧食 達標 干

27、燥室 上絞龍 提升機 進料斗 不達標 排糧輪 下絞龍 圖2.1 工藝流程圖 說明：高水分糧食通過進料斗進入后，由水分檢測儀進行檢測，如果水分檢測儀檢測糧食沒有達標，則提升機啟動，通過上絞龍使糧食進入到干燥室進行烘干，再通過排糧輪和下絞龍來到檢測處，再次檢測，如果還不達標，則繼續(xù)循環(huán)干燥，如果達標則排糧管打開，進行打包儲存，流程結(jié)束[8]。 2.2 系統(tǒng)硬件設備 2.2.1 PLC的基本組成 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，PLC可分為組合式（也稱模塊式）和整體式（也稱箱體式）兩類。整體式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入\輸出單元、電源、通信端口

28、、I/O擴展端口等組裝在一個箱體內(nèi)構(gòu)成主機。另外，還有獨立的I\O擴展單元等與主機配合使用。由于整體式PLC的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。因此本次試驗采用這種結(jié)構(gòu)的PLC。 主機 輸 入 單 元 用戶 輸入 設備 電源 輸 出 單 元 用戶 輸出 設備 中央處理單元 （PLC） 編程器 打印機上位機算器 PLC 可編程終端PT I/O擴展單元 I/O 擴展 端口 外設端口 存儲器 用戶程序存儲器 系統(tǒng)程序 存儲器 特殊功能單元 圖2.2 整體式PLC的組成示意圖 ⑴CPU是PLC的核

29、心部件，能指揮PLC按照預先編號的程序完成各種任務。起作用有以下幾點： ①接收、存儲由編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并可通過顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲地址。 ②檢查、校驗用戶程序。 ③接收、調(diào)用現(xiàn)場信息。 ④執(zhí)行用戶程序。 ⑤故障診斷。 ⑵存儲器可以分為3種：系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、工作程序存儲器。 ⑶輸入/輸出單元是PLC與外部設備連接的窗口。按照輸入端電源類型的不同，開關量輸入單元可分為直流輸入電源和交流輸入單元。按輸出電路所用開關器件的不同，PLC的開關量輸出單元可分為晶體管輸出單元、雙向晶閘管輸出單元和繼電器輸出單元。 ⑷PLC中一般配有開關式穩(wěn)定電源為內(nèi)部電

30、路供電。開關電源的輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高抗干擾性能好。 ⑸一般PLC都有擴展端口。主機可以通過擴展端口連接I/O擴展單元來增加I/O點數(shù)，也可以通過擴展端口連接各種特殊功能單元以擴展PLC的功能。而通過外部設備端口，PLC可與各種外部設備連接。 ⑹常用的特殊功能單元有A/D單元、D/A單元、高速計數(shù)器單元、位置控制單元、PID控制單元、溫度控制單元、各種通信單元等。 2.2.2 系統(tǒng)機型的選擇與配置 系統(tǒng)選用CPM2A-20CDR-D PLC，其中10點DC 24V輸入，6點繼電器輸出，DC 24V電源[9]，如圖2.3所示。 L N COM 01 03

31、05 07 09 11 00 02 04 06 08 10 + 00 01 02 04 05 07 - COM COM COM 03 COM 06 圖2.3 CPM2A端子臺分配圖 所有輸入點用24V電源共用一個公共點（COM點），且無需外部提供24V電源。對繼電器分別提供4個公共點，公共點間相互獨立，提供4個獨立的輸出通道，對應有隔離要求的輸出控制。 每臺糧食有1個濕度檢測器，1個顯示器。總的輸入點為開關量8點，輸出點為開關量6點。 2.2.3 定義號的分配 PLC 對輸入/輸出定義號采用分別編號的原則進行定義號分配，輸入信號點

32、用I 表示，輸出信號用Q表示，其中輸入從I0開始依次分配，見表2.1，輸出從Q0開始依次分配，見表2.2。 表2.1 輸入信號分配表 編號 輸入定義號 輸入信號 1 I1 系統(tǒng)啟動開關 2 I2 糧食水分檢測是否合格 3 I3 燃燒室溫度與給定值比較 4 I4 停止按鈕 5 I5 提升機、上絞龍是否啟動 6 I6 鼓風機是否啟動 7 I7 下絞龍是否啟動 8 I8 排糧輪是否啟動 表2.2 輸出信號分配表 編號 輸出定義號 輸出信號 1 Q1 提升機、上絞龍啟停 2 Q2 鼓風機啟停

33、3 Q3 下絞龍啟停 4 Q4 排糧輪啟停 5 Q5 燃燒機控制 6 Q6 水分監(jiān)測報警 2.3 系統(tǒng)的軟件設計 2.3.1 程序框圖 PLC梯形圖是根據(jù)繼電器控制電路圖來設計的, 它是由若干圖形符號組合的圖形語言，也稱為命令語句表達。它的編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能。指令語句是PLC用戶程序的基礎元素，多條語句組合而成了語句表。一個復雜的控制功能是用較長的語句表來描述的。繼電器控制電路是并行的工作方式，而PLC采用了循環(huán)掃描的工作方式。在PLC執(zhí)行用戶程序時，CPU對梯形圖自上而下，從左到右地逐次進行掃描，程序的執(zhí)行時按語句的先后

34、排列順序進行的，因此可以說PLC梯形圖狀態(tài)的變化在時間上是串行的。不會出現(xiàn)多個線圈同時改變的狀況。 糧食烘干機的主程序部分的程序框圖，如圖2.4所示。 啟動 進糧管 啟動 是 糧食水分檢測是否合格 否 排糧管開 燃燒室 工作 打包儲存 延時1分鐘 提升機、上絞龍啟動 下絞龍啟動 圖2.4 自動控制主程序程序框圖 系統(tǒng)主要有糧食水分檢測和燃燒室的控制。水分檢測每隔一定時間要進行，將檢測到的糧食水分與給定值比較,如果檢測糧食水分大于糧食水分給定值，則控制燃燒室啟動, 反之則控制燃燒室關閉。 而燃燒室

35、控制主要是控制燃燒室內(nèi)的溫度，本系統(tǒng)通過控制供油量來控制火焰溫度。燃燒室控制程序框圖如圖2.5所示。首先，啟動鼓風機，當鼓風機正常啟動后，供油管供油，點火。燃燒室內(nèi)溫度升高，然后通過安裝在燃燒室內(nèi)的溫度檢測器來檢測燃燒室內(nèi)溫度，若燃燒室內(nèi)溫度大于給定值，則關閉供油管，打開出油量較小的供油管供油。反之，若燃燒室內(nèi)溫度小于于給定值，則打開出油量較大的供油管供油。其中給定值是有糧食水分監(jiān)測裝置給出的信號決定的[10]。 啟動鼓風機 開啟1號供油管 點火 燃燒室溫度與給定值比較 燃燒室工作 等于 不等于 燃燒室溫度與給定值比較

36、小于 大于 關閉1號供油管，開啟 3號供油管 關閉1號供油管，開啟 2號供油管 圖2.5 燃燒室控制程序框圖 2.3.2 梯形圖設計 1、順序控制設計法 ⑴分析控制要求，將控制過程分成若干個工作步，明確每個工作步的功能，明確步的轉(zhuǎn)換是單向行進（單序列）還是多向行進（選擇或并行序列），確定步的轉(zhuǎn)換條件。 ⑵為每步設定控制位。 ⑶確定所需輸入和輸出點的個數(shù)，選擇PLC的機型，作出I/O分配。 ⑷在前兩步的基礎上，畫出順序功能圖。 ⑸根據(jù)順序功能圖畫梯形圖。 ⑹添加某些特殊要求的程序。 本系統(tǒng)主程序采用選擇序列來完成控制要求。順序功能圖如

37、圖2.6所示，I/O分配如表2.3所示，主程序梯形圖見附表A。實物接線圖見附表B。 表2.3 主程序I/O分配表 輸 入 輸 出 系統(tǒng)啟動控制開關 00000 排糧管線圈 20000 糧食水分檢測合格 00001 溫度檢測線圈 20001 糧食水分檢測不合格 00002 出糧口線圈 20002 燃燒室工作線圈 20003 提升機線圈 上、下蛟龍線圈 20004 00000 20000 TIM000 20001 00002 20003 00001 20002 TIM

38、002 20004 TIM001 TIM003 圖2.6 主控制程序順序功能圖 2、經(jīng)驗設計法 ⑴確定輸入、輸出電器。 ⑵確定輸入和輸出點個數(shù)，選擇PLC機型，作出I/O分配。 ⑶為了分析問題方便，可先作出I/O分配表。 ⑷選擇PLC指令并編寫程序。 ⑸編寫其他控制要求的程序。 ⑹將對各環(huán)節(jié)編寫的程序合理聯(lián)系起來，即得到一個滿足控制要求的程序。 本系統(tǒng)的燃燒室供油控制系統(tǒng)采用經(jīng)驗設計法，I/O分配如表2.4所示，燃燒室供油控制系統(tǒng)梯形圖見附表A。 表2.4 燃燒室供油控制I/O分配表 輸 入 輸 出 鼓風機開關 00003 鼓風機

39、線圈 20005 點火開關 00004 1號供油管線圈 20006 檢測溫度大于給定值 00005 溫度檢測線圈 20007 檢測溫度小于給定值 00006 2號供油管線圈 20008 檢測溫度等于給定值 00007 3號供油管線圈 20009 2.3.3 部分語句說明 圖2.7 步20001的梯形圖 該部分為步20001的梯形圖，它是兩個選擇分支的的合并步。因此，使20001稱為活動步的條件是：步20000為活動步且TIM0005為ON，或步20004為活動步且TIM0003為ON。當步20002或步20000成為活動步時，步20001變?yōu)椴换?/p>

40、動步。所以把常閉觸電20002和20003與步20001的控制位線串聯(lián)，再加上本位的自鎖，即得出圖2.7的梯形圖。由此可得出根據(jù)順序功能圖畫梯形圖的表達式： （2.1） 式中 — 為活動步； — 為活動步的控制位； — 為活動步的上一步； — 為活動步的下一步； 圖2.8 按鍵互鎖梯形圖 在PLC程序設計中，大多數(shù)情況下都會遇到兩個或多個按鍵同時只允許一個起作用，這時就需要將其他開關鎖住，互鎖的原理就是兩個或多個接觸器的常閉觸電串聯(lián)在對方線圈的電路中，如圖2.8所示

41、。 圖2.9 按鍵自鎖梯形圖 在工業(yè)控制過程的多數(shù)情況下，按鍵多數(shù)為彈起式，即按下自動彈起。但某些過程需要一直接通，而不可能由操作員一直按著按鍵不放來實現(xiàn)這種控制。因此需要接觸器通過自身的輔助觸點而使自身的線圈持續(xù)通電。如圖2.9所示即為自鎖的梯形圖。 圖2.10 定時器梯形圖 定時器是PLC常用的模塊，從輸入條件為ON時開始定時（定時時間為設置數(shù)0.1s）。定時時間一到，定時器的輸出為ON且保持；當輸入條件變?yōu)镺FF時，定時器復位，輸出變?yōu)镺FF，并停止定時，其當前值恢復到設置值。 圖2.11 計數(shù)器梯形圖 從CP端輸入計數(shù)脈沖，當計數(shù)滿設定值時，其輸出端為ON且保持，并停

42、止計數(shù)。只要復位端為ON，計數(shù)器即復位為OFF并停止計數(shù)，且當前值恢復為設定值。 圖2.12 IL/ILC指令梯形圖 IL/ILC指令常用于控制程序執(zhí)行的流向。當IL的輸入條件為ON時，IL和ILC之間的程序正常運行；當IL的輸入條件為OFF時，IL和ILC之間的程序不執(zhí)行。 3 系統(tǒng)的組態(tài)模擬 3.1 模擬軟件 3.1.1 組態(tài)王軟件介紹 組態(tài)王kingview是北京亞控科技根據(jù)當前的自動化技術的發(fā)展趨勢，面向低端自動化市場及應用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應用服務平臺為目標，集成了對亞控科技自主研

43、發(fā)的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫（KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時有效地獲取信息，及時地做出反應，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。 3.1.2 組態(tài)王軟件特點 組態(tài)王具有開發(fā)周期短、經(jīng)濟、易于擴展、開放性好、適應性強等優(yōu)點。通?？梢詣澐譃榭刂茖?、管理層、監(jiān)控層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層作為中介上下連接管理層和控制層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視

44、化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 3.1.3 組態(tài)王軟件的命令語言 組態(tài)王除了在定義動畫連接時支持連接表達式，還允許編寫命令語言來擴展應用程序的功能，極大地增強了應用程序的可用性。它的格式類似與C語言的格式，具用完備的詞法語法糾錯功能和豐富的SQL函數(shù)、數(shù)學函數(shù)、控件函數(shù)、運算符、系統(tǒng)函數(shù)和字符串函數(shù)。而且組態(tài)王的命令語言編輯環(huán)境已經(jīng)編好，用戶只需按照規(guī)范編寫程序即可。 組

45、態(tài)王命令語言有六種形式，其中熱鍵命令語言、事件命令語言、應用程序命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言可以稱為“后臺命令語言”，它們的執(zhí)行只要符合條件就可以執(zhí)行，不受畫面是否打開的限制。另外可以使用運行系統(tǒng)中的菜單“特殊/開始執(zhí)行后臺任務”和“特殊/停止執(zhí)行后臺任務”來控制所有這些命令語言是否執(zhí)行。而畫面和動畫連接命令語言的執(zhí)行不受影響。也可以通過修改系統(tǒng)變量“$啟動后臺命令語言”的值來實現(xiàn)上述控制，該值置0時停止執(zhí)行，置1時開始執(zhí)行。 3.2 利用組態(tài)王軟件模擬系統(tǒng) 3.2.1 糧食烘干機過程模擬 1、 創(chuàng)建組態(tài)王新工程 ⑴啟動“組態(tài)王”工程管理器，選擇菜單“文件\新建工程”或單擊“新建”

46、按鈕。 ⑵在彈出的界面中單擊“下一步”，彈出如圖3.1的對話框。在工程路徑文本 框中輸入一個有效的工程路徑。 圖3.1 新建工程向?qū)е膶υ捒? ⑶單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑υ捒颉?，如圖3.2所示。在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，在工程描述文本框中輸入對該工程的描述文字。單擊“完成”完成工程的新建。 圖3.2 新建工程向?qū)е龑υ捒? 2、定義新畫面 ⑴進入新建的組態(tài)王工程，選擇“文件\畫面”，雙擊“新建”圖標，彈出對話框如圖3.3所示。

47、 圖3.3 新畫面對話框 ⑵在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，點擊“確定”進入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)。如圖3.4所示。 圖3.4 組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)畫面 ⑶在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中從工具箱或圖庫中尋找尋找所需圖片，繪制一個簡易的糧食烘干機控制系統(tǒng)，如圖3.5所示。 圖3.5 糧食烘干機控制過程畫面 3、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，如果希望操作者發(fā)布的指令能迅速送達生產(chǎn)現(xiàn)場，并希望工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況以動畫的形式反映出來。則都要以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的

48、橋梁。 ⑴選擇工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫\數(shù)據(jù)詞典”，雙擊“新建”圖標，彈出“變量屬性”對話框如圖3.6所示 ⑵在“變量名”處輸入變量名；在“變量類型”處選擇變量類型如：內(nèi)存實數(shù)，單擊“確定”。 圖3.6 定義I/O變量畫面 4、建立動畫連接 定義動畫連接是指在畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關系，當變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來；或者由軟件 使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值。 ⑴雙擊任意圖形對象，彈出“動畫連接”對話框。單擊“填充”按鈕。在“表達式”處輸入定義的變量名，“缺省填充刷”的顏色改為藍色。 ⑵選擇“編輯\畫

49、面屬性”菜單命令，單擊“命令語言…”按鈕，彈出畫面命令語言對話框。如圖3.7所示。 圖3.7 畫面屬性對話框 4、運行和調(diào)試 組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來，進入到運行和調(diào)試階段。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件\切換到 View”菜單命令，進入組態(tài)王運行系統(tǒng)。在運行系統(tǒng)中選擇“畫面\打開”命令，從“打開畫面”窗口選擇“糧食烘干機”畫面。顯示出組態(tài)王運行系統(tǒng)畫面，即可看到糧食烘干機的運行動態(tài)畫面。如圖3.8所示 圖3.8 糧食烘干機動態(tài)運行畫面 當開關打開后，出糧管會流出糧食，相對應的指示燈會亮。在達到一定的糧食后，出糧管關閉。傳送帶上的糧食會向右移動

50、。到達濕度傳感器位置時停止。等待濕度檢驗是否合格。當濕度合格時，排糧管打開，將糧食放進小車。待小車裝滿后，會向左移動到倉庫中去，然后出糧管打開，開始新的循環(huán)。而當濕度不合格時，糧食會被提升機和上、下絞龍送到上部的傳送帶。再經(jīng)過燃燒室干燥回到濕度檢測器位置，等待下一次檢驗。其中糧食的流動、糧食的移動是通過組態(tài)王流動和水平移動動畫連接實現(xiàn)的。 ⑴流動連接：流動連接用于設置立體管道內(nèi)液體流線的流動狀態(tài)。流動狀態(tài)根據(jù)“流動條件”表達式的值確定。在畫面上繪制立體管道。鼠標雙擊該管道，在“動畫連接”對話框中單擊“流動”按鈕，彈出管道流動連接對話框，如圖3.9所示。

51、 圖3.9 流動連接對話框 ⑵水平移動連接：水平移動連接是為了使被連接對象隨著連接表達式值的改變而在畫面中水平移動，它常用來表示圖形對象實際的水平運動。移動距離的單位是象素，而且是以被連接對象在畫面制作系統(tǒng)中的原始位置為參考點的。 在“動畫連接”對話框中單擊“水平移動”按鈕，彈出如圖3.10所示“水平移動連接”對話框。 圖3.10 水平移動連接對話框 對話框中各項設置的意義如下： 表達式：在此編輯框內(nèi)輸入合法的連接表達式。 向左：輸入圖素在水平方向向左移動(以被連接對象在畫面中的原始位置為參考基準)的距離。 最左邊:輸入與圖素處于

52、最左邊時相對應的變量值, 當連接表達式的值為對應值時，被連接對象的中心點向左(以原始位置為參考基準)移到最左邊規(guī)定的位置。 向右：輸入圖素在水平方向向右移動(以被連接對象在畫面中的原始位置為參考基準)的距離。 最右邊:輸入與圖素處于最右邊時相對應的變量值, 當連接表達式的值為對應值時，被連接對象的中心點向右(以原始位置為參考基準)移到最右邊規(guī)定的位置。 3.2.2 燃燒室供油控制過程模擬 操作步驟與糧食烘干過程模擬一樣，故不贅述。如圖3.11所示為燃燒室供油控制過程動態(tài)運行畫面。 圖3.11 燃燒室供油控制動態(tài)運行畫面 當燃燒室開始工作后，有濕度檢測器檢測的信號轉(zhuǎn)換成溫度信

53、號，然后溫度檢測器檢測燃燒室內(nèi)溫度，若溫度小于給定溫度，則1號供油罐供油，若等于給定值，則有2號供油罐供油。若大于給定值，則有3號供油罐供油。當油罐內(nèi)油量少于一定值時，對應的指示燈會變紅以提醒操作員補充油料。 結(jié) 論 本設計實現(xiàn)了糧食烘干自動烘干的過程，系統(tǒng)主要分為主控制系統(tǒng)和燃燒室控制系統(tǒng)。其中主控制系統(tǒng)基本實現(xiàn)了自動控制，相對于傳統(tǒng)的烘干工藝，糧食的烘干效率大幅提高。而燃燒室的溫度控制則基本解決了目前糧食烘干機烘干糧食出現(xiàn)的糧食因烘后水分過低而減量，造成企業(yè)財力損失；或因烘后水分過大，需進行二次烘干或晾曬， 增加作業(yè)成本等問題?；赑LC的糧

54、食烘干機自動控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電器控制和單片機控制比較，具有穩(wěn)定可靠、設備結(jié)構(gòu)簡單，成本低等優(yōu)越性，具有廣闊應用前景。 當然由于自己的能力有限以及對于PLC知識的學習還不夠徹底，論文還有很多有待改善的地方。就燃燒室溫度控制方面來說，本設計只是通過簡單的負反饋來對溫度進行粗略的控制，無法在一個小的范圍內(nèi)對溫度進行精確的控制。一個改進方案是采用PWM控制，讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)，利用PID算法計算PWM參數(shù)。從而實現(xiàn)燃燒室溫度的自動調(diào)節(jié)。然而這只是一個想法，還需要自己今后繼續(xù)改進。 參考文獻 [1] 崔亞軍.可編程控制器原理及程序

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