基于PLC的粮食烘干机系统设计与实现标题doc威廉希尔中国

　　沈阳工学院 毕业设计 学生姓名： 指导教师： 成 绩： 年 月 日 目 录 1 方案设计 1 1.1 设计任务要求 1 1.2 硬件方案设计 1 1.3 软件方案选择 3 2 粮食烘干机系统的部分设计 5 2.1 粮食烘干机系统的硬件选择 5 2.1.1粮食烘干机控制系统的PLC选型 5 2.1.2粮食烘干机控制系统的外围设备选型 7 2.2 粮食烘干机系统的控制电路设计 8 2.2.1粮食烘干机控制系统原理图 8 2.2.2粮食烘干机控制系统I/O地址分配 9 2.2.2粮食烘干机控制系统流程图 11 3 粮食烘干机系统的软件设计 12 3.1 设粮食烘干机系统控制程序设计 12 3.2 设粮食烘干机组态监控设计 14 3.3 设粮食烘干机控制系统组态通信 15 参考文献 18 附录A PLC程序 19 附录B 组态画面 21 附录C 组态程序 22 1 方案设计 采用PLC可编程控制器来实现粮食烘干控制系统的自动控制、烘干室温度、湿度的检测和自动控制、报警系统、保护系统、停止烘干系统的工作的全过程。采用组态软件实现实时监控系统的设计。 本设计主要探讨以燃油烘干循环式粮食烘干机进行自动控制。本设计共分为三大部分即系统软件设计部分、组态王设计部分、PLC基础知识。第一部分主要介绍了组态王软件系统画面的设计，并可以用组态王软件监控粮食烘干机的实时工作状况，最后经过仿真调试证明本系统性能良好、运行稳定。第二部分介绍了PLC系统的发展、定义、工作原理等。第三部分主要介绍了PLC系统的软件设计，用PLC实现了现粮食烘干全过程即进粮、循环烘干、出粮的自动控制。并且在系统正常工作过程中对燃烧室温度进行实时监控，保证系统的烘干效率。 1.1 设计任务要求 熟悉粮食烘干控制系统的工艺流程；学会使用PLC可编程控制器，完成粮食烘干炉的控制系统软、硬件设计。硬件设计合理，安全可靠。软件编程实现系统的运行程序要求，调试直到正确为止。学会使用组态软件实现实时监控。 基本要求要求如下： (1) 粮食烘系统能够自动控制。 (2) 粮食烘干室温度能够自动控制。 (3) 粮食烘干报警系统全程监控。 (4) 粮食烘干报警相应的保护系统运行保护。 1.2 硬件方案设计 粮食烘干机的自动控制可用传统的电器控制，也可用单片机控制，还可用PLC控制[1]。PLC控制粮食烘干机控制系统PLC之所以越来越受自动控制界人士的重视，是由于它具有令通用计算机望尘莫及的特点[2]。PLC的基本特点有以下方面。粮食烘干机的自动控制 图1.1 控制系统硬件设计图 1、 PLC是利用PLC对现场的要求不高，只需配置接线并且编程模拟调试即可投入现场使用。从软件方面考虑PLC习惯采用梯形图形式编程，它的特点是开发速度快、可读性强、软件维护方便。 高可靠性 继电器控制系统中，器件的脱焊、老化现象是不可避免的。这就降低了继电器控制系统的可靠性。继电器系统的维护需要消耗大量的人力。但在PLC控制系统中由于PLC控制系统中大量的开关动作是通过半导体电路完成的，并且PLC在软件和硬件上都采取了的保护措施。例如，主要控制核心3、 ⑴PLC的功能包括定时、计数、顺序、与继电器控制使用大量的时间继电器、计数器、步进控制开关等设备，在准确性和上具有无可比拟的优势 ⑵PLC其扩展功能有A/D和D/A转换、数据处理和数据运算、运动控制等功能。 4、 PLC环境适应强能在高温（0~60℃）、湿度（相对湿度90%），以及规定的机器震动、冲击和额定的电压频率中正常工作。 5、PLC网络及工控局域网而言，目前已经形成了设备层网络、控制层网络和信息层网络三层网络的结构体系。 1.3 软件方案选择 粮食烘干机的自动控制系统的软件需要两种，一种是根据粮食烘干机的运行模拟行监控软件组态。另一种是粮食烘干机自动控制系统的运行控制软件程序编程语言CX-ONE。 随着社会对技计算机控制系统需求的日益增大，组态软件也已经形成了一个不小的产业。按照使用分类，可以将组态软件分为两类：一类是专用的组态软件，另一类是通用的组态软件[3]。 1、绍几种常用的组态软件： InTouch.美国Wonderware公司的InTouch堪称组态软件的“鼻祖”，该公司率先推出的16位Windows环境下的组态软件，在国际上获得较高的市场占有率。 MCGS。北京昆仑通态公司的MCGS设计思想比较独特，有许多特殊的概念和使用方式，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台。 IFIX。美国Intellution公司的FIX产品系列较全，包括DOS版、16位Windows版、32位Windows版、OS/2版和其他一些版本，功能强大，是全新的组态软件。但由于过于“庞大”，对系统资源耗费巨大、而且经常受到微软操作系统的影响。 WenAccess。该软件是研华（中国）公司近几年开发的一种面向网络监控的组态软件，是未来组态软件的发张趋势。 Citech。澳大利亚CIT公司的Citech是组态软件中的后起之秀，在世界范围内发展的很快。 WinCC。德国西门子公司的WinCC也属于比较先进的产品之一，功能强大，使用较为复杂。 ForceControl。大庆三维公司的ForceControl（力控）是国内较早出现的组态件之一。 组态王（KingView）。组态王软件是北京亚控科技发展有限公司开发的一个比较有影响的组态软件。界面操作灵活方便，易学易用，有较强的通信功能，支持的硬件也非常丰富。本设计运用模拟行监控软件，使用的是组态王（KingView）。 组态王具有开发周期短、经济、易于扩展、开放性好、适应性强等优点。可以划分为管理层、控制层、监控层三个层次结构。其中监控层作为中介连接管理层和控制层，它实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：数据、画面、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画显示控制设备的状态，实时趋势曲线、具有报警窗口，可便利的生成各种报表试验者。它还有丰富的设备驱动程序和的组态方式、数据链接功能。 2 粮食烘干机系统的部分设计 本基于PLC控制技术，以欧姆龙CP可编程控制器为控制核心，对粮食烘干机的自动控制，即进粮、循环烘干、自动调温、合格粮食出粮的自动控制。实现粮食的全过程自动烘干。硬件设计部分，软件设计部分，主程序模块，燃烧炉模块组成。软件设计在CX-编程软件上以梯形图编写，主要通过步进控制指令来完成对粮食烘干机各个子过程的控制。并通过组态王软件模拟了粮食烘干机的自动控制过程。 图2.1 输入端子示意图 其拥有24个输入点，0通道0.00~0.11位共12点，1通道1.00~1.11共12点，2通道共合计24点。输出端子图如2.2所示。 图2.2 输出端子示意图 有16个输出点，100通道100.00~100.07位共8点，101通道101.00~101.07位共8点，总共16点。其外部端子接线 粮食烘干机控制系统的外围设备选型 粮食烘干机控制系统外围设备有通讯模块、外部模拟量输入模块、电源模块、输入模块、输出模块、编程设备构成整个粮食烘干系统。 通讯模块包括：CP1H PLC与上位PC机通信采用的外部USB端口连接，利用CX-ONE软件与PC机进行监视和编程，通信简捷。CP1H PLC的串行通信口RS-232C/RS-422A/485选件板可供选择与组态王相连通信，从而进行实时监控。 外部模拟量输入模块：外部模拟设定输入端子上施加0~10V的电压，将模拟量进行A/D转换，并储存在特殊辅助继电器区域A643通道，转换值在00~FF（十进制0~255）的范围内变化。其模拟输入连接器接线 外部模拟输入连接器接线示意图 电源模块：电源用于为PLC各个模块的集成电路元器件提供工作电源。其次，有的还为输入电路提供直流24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（110VAC或220VAC），直流电源采用DC 24V输入。 输入输出模块：用于永久性地存储用户的数据，例如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，PC机、输入模拟量的电位器，打印机等。 模拟量输入信号与A/D的转换，对应的数字量储存在CP1H的CIO区200-203通道中，如模拟量输入单元工作原理图2.所示。 图2.5 模拟量输入单元工作原理示意 编程设备：编程器在PLC开发应用、检查维护、监测运行不可缺少的器件，其用于编程、对系统设定一些操作、监控PLC以及PLC所控制的系统的工作状况，但其不直接参与现场控制运行。目前最流行的由计算机（运行编程软件）充当编程器。 粮食干燥机械化技术是以机械为主要手段，采用相应的工艺和技术措施，人为地控制温度、湿度等因素，在不损害粮食品质的前提下，降低粮食中含水量，使其达到国家安全贮存标准的干燥技术。对流干燥法它是将加热的空气或气流与冷空气的混合气以对流的方式接触物料，从而进行交换。蒸发出来的水分则燥介质（空气等）带走。这种方法的主要特点是干燥介质的温度和湿度容易被控制，可避免物料发生过热现象（过干燥）而降低其品质。 图2. 粮食烘干机控制系统原理示意 PLC 与电气回路的接口对输出/输入信号分别采用编号的原则进行定义号分配，输入信号表示点用I ，输出信号表示用Q，其中输入从I0开始自行分配，见表2.1，输出从Q0开始自行分配，见表2.2。PLC的I/O电路由I/O模块集成，其中输入暂存器反映输入信号状态，输出信号反映输出锁存器状态。输入模块是将电信号变换成数字信号进入PLC系统读取的，输出模块则相反。I/O分为四大量分别为：开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压分，有AC 220V、AC 110V、DC 24V，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按电信号类型分，有电流型（4~20mA,0~20mA）、电压型（0~10V,0~5V,-10~10V）等，按精度分有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 PLC 对输入/输出定义号采用分别编号的原则进行定义号分配，输入信号点用I 表示，输出信号用Q表示，其中输入从I0开始依次分配。控制系统的输入/输出信号的名称，代码及地址编号如表2.1所示。 表2.1 输入信号分配表 代码 地址编码 名称 SB0.1 I1 系统启动开关 SB0.2 I2 粮食水分检测是否合格 SB0.3 I3 燃烧室温度与给定值比较 SB0.4 I4 停止按钮 SB0.5 I5 提升机、上绞龙是否启动 SB0.6 I6 鼓风机是否启动 SB0.7 I7 下绞龙是否启动 SB0.8 I8 排粮轮是否启动 代码 名称 KM0.1 Q1 提升机、上绞龙启停 KM0.2 Q2 鼓风机启停 KM0.3 Q3 下绞龙启停 KM0.4 Q4 排粮轮启停 KM0.5 Q5 燃烧机控制 KM0.6 Q6 水分监测报警 通过对流干燥法作为最常用的粮食干燥方法，它是将加热的空气或气流与冷空气的混合气以对流的方式接触物料，从而进行热交换。蒸发出来的水分则燥介质（空气等）带走。这种方法的主要特点是干燥介质的温度和湿度容易被控制，可避免物料发生过热现象（过干燥）而降低其品质。国内外企业中，上海的三久公司和日本的金子公司生产的干燥设备大多是采用对流干燥方法[6]。控制系统工艺流程图如图2.7所示。 图2.工艺流程图 高水分粮食通过进料斗进入后，由水分检测仪进行检测，如果水分检测仪检测粮食没有达标，则提升机启动，通过上绞龙使粮食进入到干燥室进行烘干，再通过排粮轮和下绞龙来到检测处，再次检测，如果还不达标，则继续循环干燥，如果达标则排粮管打开，进行打包储存，流程结束[]。 3.1 设粮食烘干机系统控制程序设计 PLC梯形图是根据继电器控制电路图来设计的，由若干图形符号组合的类似计算机的汇编语言在PLC执行用户程序时，CPU对梯形图自上而下，从左右逐次进行扫描，因此PLC梯形图状态的变化在时间上是串行的。不会同时出现多个线圈的改变状况。粮食烘干机的主程序部分的程序框图，如图 图3.1 控制主程序程序框图 系统主要有粮食水分检测和燃烧室的控制。水分检测每隔一时间要进行，将检测到的粮食水分与给定值比较,如果检测粮食水分大于粮食水分给定值，则控制燃烧室启动, 反之则控制燃烧室关闭。 而燃烧室控制主要是控制燃烧室内的温度，本系统通过控制供油量来控制火焰温度。燃烧室控制程序框图如图所示。首先，启动鼓风机，当鼓风机正常启动后，供油管供油，点火。燃烧室内温度升高，然后通过安装在燃烧室内的温度检测器来检测燃烧室内温度，若燃烧室内温度大于给定值，则关闭供油管，打开出油量较小的供油管供油。反之，若燃烧室内温度小于于给定值，则打开出油量较大的供油管供油。其中给定值是有粮食水分监测装置给出的信号决定的[]。 图 燃烧室控制程序框图 监控组态软件在计算机监测系统中起着举足轻重的作用。现代计算机检控系统的功能越来越强，除了完成基本的数据采集和控制功能外，还要完成故障诊断、数据分析、报表的形成打印、与管理层交换数据、为操作人员提供灵活方便的人机界面等功能。此外，随着生产规模的变化，也要求计算机测控系统的规模跟着变化，也就是说，计算机接口的部件和控制部件可能要跟随系统规模的变化而变化。因此，就要求计算机测控系统的应用软件有很强的开放性和灵活性，基于此，组态应运而生。尤其考虑：画面、数据、动画。它能充分利用Windows的图形编辑功能，构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，有报警窗口、实时趋势曲线 组态的系统组态环境、系统运行环境和实时数据库三者关系示意图 图3.4 组态方式示意图 态王在定义动画连接时支持连接表达式，还允许编写命令语言来扩展程序的功能，极大地增强了可用性。它的格式类似与C语言的格式，具用完备的词法语法纠错功能和丰富的SQL函数、控件函数、运算符、数学函数、系统函数字符串函数。组态王的命令语言编辑环境已经编好，用户只需按照规范编写程序即可。组态王命令语言有六种形式热键命令语言威廉希尔中国、应用程序命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言可以称为“后台命令语言”，它们的执行只要符合条件就可以执行，不受画面是否打开的限制。另外使用运行系统中的菜单“开始执行后台任务”和“停止执行后台任务”来控制所有这些命令语言是否执行。而画面和动画连接命令语言的执行不受影响。也可以通过修改系统变量“$启动后台命令语言”的值来实现上述控制，值置0时停止执行，置1时开始执行。 在系统运行的过程中，组态王通过内嵌式的设备管理程负责与I/O设备的

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