【正文】 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其重要作用也越來(lái)越顯著。而生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制是自動(dòng)控制技術(shù)在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕工、紡織等生產(chǎn)過(guò)程的具體應(yīng)用，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。 PLC 于 20 世紀(jì) 60 年代末期在美國(guó)首先出現(xiàn)，目的是用來(lái)取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。 1976 年正式命名，并給予定義： PLC（ Programmable logic Controller）是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸 如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機(jī)械或工作程序。 隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，種類繁多的控制設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無(wú)法滿足用戶的各種需求。本次設(shè)計(jì)的大米加工生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是以PLC 為核心控制器，并結(jié)合昆侖組態(tài)軟件 MCGS，輔以光電傳感器，繼電器等實(shí)現(xiàn)的可遠(yuǎn)程控制的集成系統(tǒng)。它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問(wèn)題，使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的任意組 態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。 本課題研究的目的、意義 現(xiàn)代自動(dòng)控制越來(lái)越朝著智能化發(fā)展，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)，那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但隨之而來(lái)的是巨額的成本。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機(jī)的成本占系統(tǒng)成本的比例高達(dá) 20%，而對(duì)于這些小型的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，配置一個(gè)如此高速的處理機(jī)沒有任何必要，因?yàn)檫@些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟(jì)效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用可編程序邏輯控制器（ PLC） [1]控制小型的，而又不是 很復(fù)雜，不需要大量復(fù)雜運(yùn)算的系統(tǒng)中是非常適合的。 本論文是對(duì)現(xiàn)在大量使用的大米生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)改造?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)很大部分是采用老式的繼電器觸點(diǎn)控制，系統(tǒng)故障率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，系統(tǒng)設(shè)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 備升級(jí)困難。大米生產(chǎn) 過(guò)程 中 ，如果系統(tǒng)控制不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn) 雜質(zhì) 、 碎米率大 、 加工精度 不易控制等問(wèn)題。 為了提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，解決大米生產(chǎn)中產(chǎn)生的這些問(wèn)題，利用現(xiàn)代化的 PLC 與 MCGS 組態(tài)結(jié)合的集中控制技術(shù)，在一定程度上能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，克服人為的不穩(wěn)定因素，為現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理提供強(qiáng)有力的物質(zhì)條件，以達(dá) 到系統(tǒng)自動(dòng)化控制和系統(tǒng)升級(jí)的目的。 PLC 的簡(jiǎn)介 可編程序控制器（ Programmable Logic Controller ）簡(jiǎn)稱 PLC, 是一種以微處理器為核心的用于工程自動(dòng)控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī) [2]。 PLC 是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。 PLC 的特點(diǎn)及應(yīng)用 可編程序控制器 （ PLC） 得以 迅速發(fā)展和廣泛使用的原因是由于它具有繼電接觸器控制裝 置 和 通用 計(jì)算機(jī)以及其他 控 制系統(tǒng)所 不具備 的特點(diǎn)： 1．運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 2．設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)方便 3．編程語(yǔ)言直觀易學(xué) 4．與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合 5．體積小、質(zhì)量輕、能耗低 [3] 可編程控制器所具有的功能，使它既可用于開關(guān)量控制，又可用于模擬量控制；既可用于單機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。它的應(yīng)用可大致歸納為如下幾類：邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、多級(jí)控制。 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 論文主要研究?jī)?nèi)容 本篇論 文主要論述了如何用三菱 FX2N 系列 PLC 設(shè)計(jì)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需要的各項(xiàng)功能，滿足設(shè)計(jì)要求。本文研究?jī)?nèi)容主要是以 PLC 控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，其內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 1．接通電源開關(guān)后，將設(shè)備模式旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)定量輸送物料模式，將所有閥門旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置； 2．按下啟動(dòng)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(guò)稱重傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱量控制； 3．原料由稱量漏斗進(jìn)入礱谷缸，當(dāng)原料達(dá)到礱谷缸設(shè)定的位置時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料閥門開始礱谷，礱谷后，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)行 谷糙分離，分離時(shí)，糙米預(yù)存缸的進(jìn)料閥門打開； 4．谷糙分離完畢后，糙米預(yù)存缸內(nèi)開始進(jìn)行碾米，碾米結(jié)束后，起動(dòng)振動(dòng)電機(jī)篩選碾好的大米，利用鼓風(fēng)機(jī)與高壓空氣推出大米，通過(guò)高壓輸管送入料籠。 論文組成 對(duì)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文主要從機(jī)械和電氣兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和說(shuō)明。 第一章講述的是課題研究意義和目的以及簡(jiǎn)單地介紹了以下 PLC 的有關(guān)內(nèi)容如：PLC 特點(diǎn)、 PLC 的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)、 PLC 的結(jié)構(gòu)、 PLC 的工作方式等等。 第二章講述系統(tǒng)概述及控制方案設(shè)計(jì)，包括制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，大米加工生產(chǎn)線 集中控制系統(tǒng)方案選擇論證。 第三章是本次論文設(shè)計(jì)的核心部分之一：控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。它包括了控制系統(tǒng)分析及元件選擇， PLC 控制系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)的估算， PLC 及主要模塊的選型 控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配，控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。 第四章講述的是軟件設(shè)計(jì)。包括 PLC 控制系統(tǒng)梯形圖， PLC 控制系統(tǒng)程序的編制方法選擇，主要模塊程序設(shè)計(jì)和模擬量輸入的算法設(shè)計(jì)。 第五章講述的是監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)。包括系統(tǒng)操作界面，系統(tǒng)參數(shù)界面，報(bào)表界面，也是本設(shè)計(jì)的核心控制部分。 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 第 2 章 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì) 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大米加工生產(chǎn)線多采用繼電器 [8]控制電路實(shí)現(xiàn)控制要求，機(jī)械觸點(diǎn)多，可靠性差，控制設(shè)備體積大。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械和電氣化程度的提高，新技術(shù)產(chǎn)品 PLC 由于其特有的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地用于糧食加工行業(yè)。 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，要求達(dá)到以下目標(biāo) : 1．設(shè)備具有全自動(dòng)模式。 2．可遠(yuǎn)程監(jiān)控大米加工情況，并對(duì)加工量進(jìn)行歷史記錄。 3．保 證出糙率和大米加工精度。 根據(jù)課題要求，該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要有以下內(nèi)容： 1．真空吸料：用一臺(tái)真空泵將待發(fā)原料吸入吸料漏斗，保證原料的稱料供應(yīng)； 2．稱量設(shè)定：面板人工設(shè)置一次加工需要量，通過(guò)稱重傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱量控制； 3．礱谷控制：檢測(cè)壟谷缸內(nèi)的原料位置，到達(dá)設(shè)定值時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)礱谷控制； 4．大米接收：礱谷完畢，啟動(dòng)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(dòng)打開缸門，利用鼓風(fēng)機(jī)和高壓空氣將經(jīng)過(guò)篩選的大米送入料倉(cāng)。 控制系統(tǒng)的主要工藝流程 如圖 所示大米加工 生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的工藝流程圖，可知該集中控制系統(tǒng)的工作過(guò)程大概如下： 原料先置于缸內(nèi)或傳送袋內(nèi)，通過(guò)真空泵吸入吸料漏斗，由吸料漏斗再自動(dòng)落入預(yù)量漏斗，由于吸料漏斗為真空，預(yù)量漏斗在此起緩沖作用。原料由預(yù)量漏斗落入稱量漏斗，待光電開關(guān)檢測(cè)到原料達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，關(guān)閉放料閥門，進(jìn)行稱量，取得數(shù)據(jù)后，再打開放料閥門，讓稱好的稻谷進(jìn)入礱谷缸進(jìn)行礱谷，礱谷完畢后，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，讓糙大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 米和谷殼經(jīng)過(guò)振動(dòng)電機(jī)進(jìn)行谷糙分離，糙米進(jìn)入碾米缸進(jìn)行碾米，碾米結(jié)束后起動(dòng)振動(dòng)篩，讓合格的大米顆粒進(jìn)入填料器，鼓風(fēng)機(jī)和高壓空氣將經(jīng)過(guò)篩選的大米 送入料倉(cāng)。 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)方案選擇論證 由基于 PLC 的大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的工藝過(guò)程可知，整條生產(chǎn)線三個(gè)單元功能相對(duì)獨(dú)立且分散，但又需要相互連鎖協(xié)調(diào)。這需要一個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行指揮控制。這些都給控制系統(tǒng)提出了較高要求，需要采用先進(jìn)的控制技術(shù)和控制方法，以提高工程質(zhì)量并簡(jiǎn)化控制線路的復(fù)雜性，兼顧降低項(xiàng)目成本。故本課題控制系統(tǒng)選型的基本原則如下： 谷倉(cāng) 或傳送袋 高壓風(fēng)機(jī) 注入式 填料器 碾米缸 礱谷缸 稱量漏斗 預(yù)量漏斗 吸料漏斗 料倉(cāng) 直 徑 為50 的 pvc 管 高壓輸管 振動(dòng)篩 原料 自動(dòng)落入 原料 自動(dòng)落入 鼓風(fēng)機(jī) 圖 工藝流程圖 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 、可靠、成熟的控制技術(shù)以提高系 統(tǒng)可靠性； ，提高通用性及設(shè)備效率，易于維護(hù)； 、要求，系統(tǒng)有較高的可擴(kuò)展性 [7]。 控制系統(tǒng)一般采用 PLC 控制或繼電器 接觸器控制系統(tǒng)。 PLC 的控制與繼電器的控制差別有以下幾個(gè)方面。 1. 控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜，體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每只只有 4～ 8對(duì)觸電，因此靈活性和擴(kuò)充性很差。而 PLC 采用存儲(chǔ)邏輯 ，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存內(nèi)，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故成為“軟接線”。其接線少，體積小，因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。 PLC 中大規(guī)模集成電路組成，功耗小。 電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都應(yīng)受到某種條件限制不能吸合，它屬于并聯(lián)工作方式。