【正文】 而 PLC 的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描中，屬于串聯(lián)工作方式。 繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點，連線也多。觸點開閉會受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短， 因此可靠性和可維護(hù)性差。而 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路完成，體積小，壽命長，可靠性高。 PLC 還配有自檢和監(jiān)控功能。能檢查出自身的故障。并隨時顯示給操作人員。還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況。為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。 繼電器控制邏輯依靠觸點的機(jī)械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點的開閉動作一般在幾十 ms 數(shù)量級。另外，機(jī)械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而 PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制。屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在μ m數(shù)量級，而不會出現(xiàn)抖動。 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計 7 繼電器邏輯利用時間繼電器進(jìn)行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精確度的不高，定時范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時間困難等問題。 PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高。且定時時間不受環(huán)境的影響，定時范圍一般從 到若干天或更長。用戶可以根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時值，然后由軟件來控制定時時間 [8]。 從以上幾個方面的比較可知， PLC 在性能上比控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高，設(shè)計施工周期短，調(diào)試修改方便，而且體積小，功耗低，使用維護(hù)方便，但在很 小的系統(tǒng)中使用時，價格要高于繼電器控制系統(tǒng)。 可編程序邏輯控制器（ PLC）采用微處理器作為控制系統(tǒng)的核心，內(nèi)含存儲器、運算器、控制器，根據(jù)工業(yè)控制過程的特點，進(jìn)行專門的電路設(shè)計，是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計算機(jī)。 PLC 的輸入、輸出模塊與主模塊組裝在一起，不需要另外的接口，可以直接與行程開關(guān)等傳感器及驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁線圈連接在一起，使控制系統(tǒng)比較簡單。 PLC 根據(jù)類似于繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖進(jìn)行程序設(shè)計，簡單明了。與繼電器控制相比較， PLC 性能好價格低，功率價格適中 [9]。 根據(jù)上述分析， PLC 是現(xiàn)階段 基于 PLC 的泡沫發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng) 最理想的控制機(jī)。所以本設(shè)計選用 PLC 作為系統(tǒng)控制機(jī)。下面是 對選定方案的分析： ：由于系統(tǒng)各主要部分所需要滿足的功能步驟及要求大多是開關(guān)量信號，所以選擇可編程序邏輯控制器是完全能夠滿足其功能要求的。 ：系統(tǒng)設(shè)置了光電檢測開關(guān)，對整條生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控，使系統(tǒng)可靠性得到了進(jìn)一步的保證。 ：系統(tǒng)采用 PLC 作為控制器，其本身就具有極強(qiáng)的功能擴(kuò)展性，加之 PLC 產(chǎn)品的完整性，使得系統(tǒng)功能擴(kuò)展極其方便。 ：系統(tǒng)采 用先進(jìn)控制方式，大大降低了工程成本，并由于系統(tǒng)組態(tài)及結(jié)構(gòu)簡單，這使得可維護(hù)性增強(qiáng)。 A．吸料漏斗物位的控制； B．欲量漏斗物位的控制； 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計 8 C．壟米，碾米時間限制； D．閥門受阻時進(jìn)行故障報警； E．整個工作流程的自動化。 本課題所設(shè)計的基于 PLC 的大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)，利用可編程序控制器和傳感器，克服了人為的不穩(wěn)定因素，充分利用了現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，提高了勞動生產(chǎn)率，為現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)條件。 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計 9 光電開關(guān) 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 整個系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成。本章 詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，并對硬件的每一個部分進(jìn)行了分析。硬件設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)完成相應(yīng)的功能，并組成一個統(tǒng)一的整體。在對控制系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，對所用的元器件進(jìn)行選型， PLC 地址分配，最后對系統(tǒng)硬件進(jìn)行總體設(shè)計。 控制系統(tǒng)分析及元件選擇 本設(shè)計的加工集中控制系統(tǒng)是可編程控制器（ PLC）為主要控制其，需要進(jìn)行控制的是整個工藝流程的實現(xiàn)。通過可編程控制器（ PLC）與電機(jī)（包括礱谷機(jī)、振蕩電機(jī)、碾米機(jī)、真空泵及鼓風(fēng)機(jī)）以及其他外部硬件（電磁閥，傳感器）相連實現(xiàn)了整個大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計。 本次設(shè) 計的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 所示： 谷倉 吸料漏斗 預(yù)量漏斗 稱量漏斗 壟谷缸 壟谷電機(jī) 碾米缸 KV1 KV3 KV4 KV2 KV6 KV5 KV7 鼓風(fēng)機(jī) KV8 KV9 碾米電機(jī) KV10 KV11 KV12 電動閥 KV15 振動電機(jī) 空氣電磁閥KV14 排氣電磁閥 KV13 真空泵 行程 開關(guān) 1 行程 開關(guān) 2 KV16 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計 10 其主要工作原理如下： 接通電源后，將設(shè)備模式旋轉(zhuǎn)到自動定量輸送物料模式，將所有閥門旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置；按下啟動按鈕，利用真空泵把原料吸進(jìn)吸料漏斗內(nèi)，等光電開關(guān) 1 檢測到原料到位后，關(guān)閉真空泵，打開吸料漏斗開關(guān)門電磁閥 KV1 吸料漏斗空氣閥 KV16，使原料由吸料漏斗落入預(yù)量漏斗； 重復(fù)該步驟直至光電開關(guān) 2 檢測原料到位后，關(guān)閉 KV1，打開預(yù)量漏斗開關(guān)門電磁閥 KV3， KV2 及預(yù)量漏斗開關(guān)門電磁閥 KV4， KV5，讓原料快速落入稱量漏斗內(nèi)，達(dá)到設(shè)定時間后，關(guān)閉所打開的 KV3， KV2 及 KV4， KV5，進(jìn)行稱量，稱量結(jié)束后，把所測量的數(shù)值傳送給 MCGS 觸摸屏； 完成稱量步驟后，打開稱量漏斗高壓空氣電磁閥 KV6， KV7，讓待加工的原料由稱量漏斗落入礱谷缸內(nèi)。啟動礱谷電機(jī)，進(jìn)行礱谷，待到礱谷結(jié)束后啟動鼓風(fēng)機(jī)，讓脫出的稻谷殼與糙米分離開來； 分離后，打開礱谷缸高壓空氣電磁閥 KV8， KV9，壟谷缸開關(guān)門電磁閥 KV10，讓糙米快速落入碾米缸內(nèi)，達(dá)到設(shè)定時間后，關(guān)閉 KV8， KV9， KV10，啟動碾米電機(jī)，碾米結(jié)束后，啟動振動 電機(jī)，利用振動篩選取合格大米，最后打開空氣電磁閥 KV14，碾米缸高壓空氣閥 KV11， KV12，電動閥 KV15，把加工好的大米送入料倉。 根據(jù)課題設(shè)計要求及 大米加工生產(chǎn)線集中 控制系統(tǒng)的特點，對系統(tǒng)的控制分析如下： 1．打開電源開關(guān)后，設(shè)定加工方式：自動或手動，并設(shè)定原料重量。 2．按下啟動按鈕，利用真空泵把原料吸進(jìn)吸料漏斗內(nèi)。由吸料漏斗落入預(yù)量漏斗，再由預(yù)量漏斗落入稱量漏斗。通過稱重傳感器實現(xiàn)自動稱量控制。 3．原料由稱量漏斗進(jìn)入礱谷缸，通入空氣，由壓力傳感器測量缸內(nèi)壓力，光電傳感器檢 測原料位置，實現(xiàn)自動礱谷控制。 4．礱谷完畢，啟動鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行谷糙分離，分離出的糙米進(jìn)入碾米缸繼續(xù)加工，加工后，自動打開缸門，利用高壓空氣將經(jīng)過篩選的大米送入料倉。 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計 11 元器件選擇及依據(jù) 根據(jù)控制系統(tǒng)的各項分析以及對元器件的要求，為滿足系統(tǒng)功能，系統(tǒng)需要的主要元器件有 PLC控制器、壓力傳感器、稱重傳感器、光電傳感器、礱谷機(jī)、碾米機(jī)、電磁閥等， 下面對幾個主要的器件功能進(jìn)行介紹： FX2N PLC介紹 三菱 FX2N 運行速度快、功能強(qiáng)，適用于要求較高的中小型控制系統(tǒng)。所以本設(shè)計應(yīng)用此系列的 PLC。 FX2N 基本單元由中央處理器（ CPU）、電源以及數(shù)字量輸入輸出單元組成。這些都被緊湊地安裝在一個獨立的裝置中。 在 基本單元 上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行 16256 點的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128 點的主機(jī)，可以采用最小 8點的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。程序容量：內(nèi)置 800 步 RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒 ，最大可擴(kuò)充至 16K 步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取， 16 位數(shù)據(jù)的讀取， 矩陣 輸入的讀取， 7 段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運算、平方根、浮點小數(shù)運算等。特殊用途、脈沖輸出（ 20KHZ/DC5V， KHZ/DC12V24V），脈寬調(diào)制， PID 控制指令等。 外部設(shè)備 相互通信，串行 數(shù)據(jù)傳送 ， ASCII code 印刷， HEX ASCII 變換， 校驗碼 等。時計控制內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法、讀出、寫入等 。 智能化稱重傳感器是近些年來的開發(fā)熱點。智能傳感器的定義在各國傳感器雜志上討論多年，直到 90 年代初才有了比較一致的看法 :把凡具有一種或多種敏感功能， 圖 稱重傳感器外形 圖 帶有擴(kuò)充模塊的三菱 FX2N CPU 模塊 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計 12 能夠完成信號探測和處理、邏輯判斷、雙向通訊、自檢、自校、自補(bǔ)償、自診斷和計算等全部或部分功能的器件叫做智能傳感器。智能傳感器可以是集成的，也可以是分離件組裝的。數(shù)字式智能稱重傳感器正是按此思路發(fā)展和應(yīng)用的，同樣有兩種結(jié)構(gòu)形式，即整體型和分離型 [11]。 整體型是在稱重傳感器內(nèi)部安裝有放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換、微處理器芯片和溫度敏感元件等組成數(shù)字處理電路，利用微處理器已存入的軟件，實施各項數(shù)字補(bǔ)償工藝進(jìn)行各項性能調(diào)整和測試，最后采用電子束焊或激光焊進(jìn)行密封。數(shù)字式智能稱重傳感器的制造工藝完全不同于模擬式稱重傳感器，主要是兩個環(huán)節(jié) :其一彈性體貼片組成惠斯登電橋電路后，通過試驗測試建立數(shù)字補(bǔ)償工藝要求的各項數(shù)學(xué)模型，形成便于程序化計算的公式。其二是根據(jù)數(shù)學(xué)模型編制出簡單實用的補(bǔ)償計算軟件，存儲在微處理器芯片中進(jìn)行各項誤差修正和補(bǔ)償。軟件技術(shù)主要有數(shù)字濾波 技術(shù)，標(biāo)度變換技術(shù)，數(shù)字調(diào)零技術(shù)，溫度補(bǔ)償技術(shù)和線性補(bǔ)償技術(shù)等。同時還應(yīng)解決抗射頻干擾 (RFI)、電磁干擾 (EMI )和閃電引起的電