【正文】 系統(tǒng)主要是在 PID 控制的理論基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出的一個(gè)針對(duì)糧食水分采取控制的系統(tǒng)。 江蘇科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 致 謝 本課題糧食烘干機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)從最初的選題，中期的試驗(yàn)過程以及最后畢業(yè)論文的撰寫等相關(guān)工作都是在徐紹芬老師的耐心指導(dǎo)下完成的。 感謝各位在我撰寫畢業(yè)論文期間給予我無限幫助以及在我做實(shí)驗(yàn)的漫長(zhǎng)過程中一起深入討論的各位同學(xué)。 本課題在達(dá)到了控制效果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，成本較低。在中國(guó)的大部分農(nóng)村地區(qū)，由于現(xiàn)在還是家庭聯(lián)產(chǎn)承包制度為主的農(nóng)業(yè)制度，所以糧食烘干機(jī)械化還是沒有普及。當(dāng) P=30，I=， D=0 時(shí)，結(jié)果使系統(tǒng)偏差為零，但是衰減比不是很好，且調(diào)節(jié)周期偏長(zhǎng)，效果如圖 510 所示。當(dāng)選擇手動(dòng) 時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)控制量來改變各個(gè)監(jiān)控量的變化。一覽監(jiān)控圖如圖 55 所示。由圖中可以看出每一位號(hào)代表的物理量在不同時(shí)間的數(shù)值，直觀、簡(jiǎn)潔的表現(xiàn)了 參數(shù)的變化，便于用戶取樣分析。系統(tǒng)總貌畫面見圖 51。在監(jiān)控軟件中可以很方便的在各個(gè)窗口之間進(jìn)行切換，體驗(yàn)監(jiān)控軟件的方便與強(qiáng)大。在出口處設(shè)置了一個(gè)糧食水分檢測(cè)傳感器作為外環(huán)調(diào)節(jié)。對(duì)于冷卻段入口風(fēng)壓力調(diào)節(jié)回路，由冷卻段的壓力傳感器來檢測(cè)冷卻段入口風(fēng)壓力。 在冷卻段，也同樣有壓力傳感器與溫度傳感器。糧食從儲(chǔ)存?zhèn)}1釋放出來，經(jīng)外傳送帶送至烘干設(shè)備的內(nèi)傳送帶，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)勻速傳送糧食。當(dāng)糧食儲(chǔ)量小于 10%或者大于 90%時(shí)，會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。干燥段 1和干燥段 2 設(shè)施相同，溫度較高，是烘干糧食的主要階段。一般的 ，流程圖的制作步驟如下：（ 1）在組態(tài)軟件中進(jìn)行流程圖文件登錄；（ 2）啟動(dòng)流程圖制作軟件；（ 3）設(shè)置流程圖文件版面格式（大小、格線、背景等）；（ 4）根據(jù)工藝流程要求，用 圖 420 糧食烘干機(jī)系統(tǒng)總 靜態(tài)繪圖工具繪制工藝裝置的流程圖；（ 5）根據(jù)監(jiān)控要求，用動(dòng)態(tài)繪圖工具繪制流程圖中的動(dòng)態(tài)監(jiān)控對(duì)象；（ 6）繪制完后，用樣式工具以完善流程圖；（ 7）保存流程圖文件至硬盤上，以登錄時(shí)所用的文件名保存。趨勢(shì)畫面組態(tài)結(jié)果見圖 416。 圖 413 串級(jí)回路原理圖 + — INMV EXMV EXSV + DV1 主對(duì)象 副對(duì)象 副控制器 控制參數(shù) 主控制器 控制參數(shù) 手 /自動(dòng)開關(guān) 串 級(jí)開關(guān) INSV 手動(dòng)值 + — 江蘇科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 414 串級(jí)回路組態(tài) 操作小組組態(tài) 控制站的組態(tài)完成之后要進(jìn)行操作站的組態(tài)。本課題糧食烘干機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用了兩個(gè)手操 器回路（儲(chǔ)存?zhèn)} 1糧食儲(chǔ)量調(diào)節(jié)回路與儲(chǔ)存?zhèn)} 2糧食儲(chǔ)量調(diào)節(jié)回路）、兩個(gè)單回路（冷卻段 1入口分溫度調(diào)節(jié)回路與冷卻段 1入口江蘇科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 風(fēng)壓力調(diào)節(jié)回路）、一個(gè)串級(jí)回路控制（傳送機(jī) 4電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路）。 江蘇科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 45 控制站設(shè)置 控制站 I/O組態(tài) 主機(jī)設(shè)置完成以后，可以進(jìn)行控制站的 I/O組態(tài)， I/O組態(tài)主要包括下面的一些內(nèi)容： 數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡設(shè)置；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡組態(tài)是對(duì)某一控制站內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡在SBUSS2網(wǎng)絡(luò)上的地址以及卡件的冗余情況等參數(shù)進(jìn)行組態(tài)。 新建組態(tài)文件的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)生成（文件名） .sck的組態(tài)文件，同時(shí)，在同一個(gè)目錄下系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)和組態(tài)文件同名的文件夾。 圖 41 糧食烘干機(jī)基本框架 整理硬件及 I/O 信息，分配測(cè)點(diǎn) 根據(jù)前期設(shè)計(jì)的糧食烘干機(jī)的總體框架，其 I/O組態(tài)中的 I/O點(diǎn)分配如表 41。 江蘇科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 干燥設(shè)備的分類 糧食干燥設(shè)備的類型多種多樣，但基本原理都是利用干燥介質(zhì) 的熱能，使糧食中的水分蒸發(fā)，達(dá)到干燥降水的目的。以此就可以平穩(wěn)高效地完成整個(gè)干燥過程。 江蘇科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 烘干機(jī)簡(jiǎn)介 糧食的干燥原理 所謂糧食烘干，就是通過某些特定的方法，將糧食中多余的水分排出，保留適當(dāng)?shù)纳倭康乃肿罱K以達(dá)到安全存儲(chǔ)糧食的目的。 SUPCON DCS的組態(tài)工作通過組態(tài)軟件 SCKey來完成。目前已實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)可帶載15個(gè)控制站和 32個(gè)其它站。 高速、可靠、開放的通訊網(wǎng)絡(luò) SC II JX300X系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò) SC Ⅱ連接工程師站、操作站、控制站和通訊處理單元。 （ 3） 對(duì)糧食烘干機(jī)控制系統(tǒng)的主要工作部分在 JX300組態(tài)軟件環(huán)境下進(jìn)行軟件組態(tài)，仿真。此外，由于缺乏現(xiàn)有的可供借鑒的發(fā)展模式、運(yùn)行機(jī)制及管理體制，增加了開展此項(xiàng)工作的難度 。 ：首先，我國(guó)人多地少， 我國(guó)農(nóng)民實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包制度，經(jīng)營(yíng)規(guī)模一般較小、收入低低，沒有發(fā)展機(jī)械化干燥的必要。根據(jù)食物的主要用途，側(cè)重于維護(hù)食品質(zhì)量和品質(zhì)，采用低能耗技術(shù)，選擇干燥工藝參 數(shù)，效果是比較成功的。糧食烘干設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用，逐漸使得糧食生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)走向成熟與完善，同時(shí)這也加快了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)步的現(xiàn)代化步伐。并且糧食烘干機(jī)具有自己的特點(diǎn)，既不受天氣的干擾制約，而且能實(shí)現(xiàn)糧食干燥的機(jī)械化、自動(dòng)化，干燥時(shí)間短、功效高、投資少。提高現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量就必須重視谷物的機(jī)械化干燥問題。 通過控制糧食在烘干塔內(nèi)的停留時(shí)間與干燥過程中干燥段和冷卻段入口風(fēng)的溫度與壓力來控制烘干塔出口處的糧食含水量，使其出口處的糧食含水量達(dá)到 14177。 本課題主要是 在 JX300X 組態(tài)軟件包的基礎(chǔ)上，對(duì)糧食烘干機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài) (包括主機(jī)、操作站、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、 I/O 卡件、 I/O 測(cè)試信號(hào)點(diǎn)、回路、流程圖等的設(shè)置 )、編譯、監(jiān)控。在現(xiàn)今土地資源日益減少的情況下，農(nóng)產(chǎn)品問題更加重要。通過運(yùn)用糧食烘干機(jī)烘干糧食再儲(chǔ)存，可以大大的減少以上出現(xiàn)的多項(xiàng)問題。而且一些有關(guān)科研單位和一些大專院校也相繼研制出了不錯(cuò)的糧食烘干設(shè)備，以此應(yīng)用于國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)和糧食系統(tǒng)。如日本約 90％的大米、美國(guó)約 85％的玉米均使用機(jī)械來干燥，這些國(guó)家計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，基本上都是通過計(jì)算機(jī)來開展試驗(yàn)的模擬，設(shè)備的設(shè)計(jì)和整體管理，自動(dòng)化程度高。在糧食烘干機(jī)的推廣方面的功勞主要可以歸結(jié)為日本農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)，成員在分析經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性作用后，一般投資于股票的股份，自負(fù)盈虧，自我管理，在操作的主體作用下，通過在各種基層組織來提供植物的選擇和服務(wù)，更重要的是，要幫助建 立與服務(wù)中心相結(jié)合的干燥方法，使用由制造商提供的設(shè)備，為廣大農(nóng)民糧食烘干設(shè)備提供處理，存儲(chǔ)和服務(wù)。相比之下，機(jī)械干燥是節(jié)本增效之舉。 （ 2） 對(duì)糧食烘干機(jī)工作原理進(jìn)行綜述，解析糧食烘干機(jī)工作機(jī)理。 JX300X控制站以先進(jìn)的微控制器（ 30MHZ Philips P51XA）為核心，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和控制品質(zhì)，系統(tǒng)能完成各種先進(jìn)的控制算法：過程管理級(jí)采用高性能 CPU的主機(jī)和 WINDOWS95/NT的多任務(wù)操作系統(tǒng)，以適合集散控制系統(tǒng)良好的操作環(huán)境和管理任務(wù)的多樣化；過程控制網(wǎng)絡(luò)采用雙重化 Ether網(wǎng)技術(shù)，使過程控制級(jí)能高速安全的協(xié)調(diào)工作 ，做到真正的分散和集中。每個(gè) SC Ⅱ網(wǎng)理論上最多可帶 1024個(gè)節(jié)點(diǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá) 10,000米。以上需要用戶為系統(tǒng)設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)的操作即所謂的“系統(tǒng)組態(tài)”。另外， SCKey組態(tài)軟件還提供了強(qiáng)大的在線幫助功能，當(dāng)用戶在組態(tài)過程中遇到了問題，只須按 F1鍵或選擇菜單中的幫助項(xiàng)，就可以隨時(shí)得到幫助提示。在冷卻段，溫度相對(duì)較低，在進(jìn)一步干燥糧食的基礎(chǔ)上也會(huì)降低糧食的溫度，使其溫度更接近常溫，以便于保存。不同干燥方法，不同的糧食烘干機(jī)，不同的糧食品種，則需不同的干燥條件，以盡可能減少烘干對(duì)糧食品質(zhì)的不良影響。 其基本框架如圖 41 所示。新建組態(tài)文件的時(shí)候需要指定文件的存放路徑及文件名。 圖 44 主機(jī)設(shè)置 操作站組態(tài)結(jié)果如圖 45所示。組態(tài)軟件提供的這些常規(guī)控制方案，對(duì)一般要求的常規(guī)控制，基本都能滿足要求。串級(jí)回路原理圖如圖 413所示，組態(tài)狀況如圖 414所示。 趨勢(shì)畫面共有兩頁，顯示各個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)畫面。 JX300X 系統(tǒng)有 專門的流程圖制作軟件來進(jìn)行工藝流程圖的繪制。 糧食在傳送帶上勻速經(jīng)過烘干設(shè)備，烘干主體分為四個(gè)階段：烘干段 烘干段 冷卻段 1 和冷卻段 2。儲(chǔ)存?zhèn)}設(shè)置儲(chǔ)存量為 0%100%，當(dāng)儲(chǔ)存?zhèn)}糧食儲(chǔ)量在 10%90%之間時(shí)屬于儲(chǔ)存?zhèn)}正常儲(chǔ)量，此時(shí)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度為 50%,正常工作。 圖 422 烘干段流程控制 對(duì)于糧食烘干機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，最重要的就是烘干設(shè)施。這樣干燥段的熱風(fēng)壓力就可以保持基本固定不變。如果風(fēng)溫度不符合烘干原則或有偏差，則其偏差信號(hào)會(huì)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作來調(diào)節(jié)冷卻段入口風(fēng)溫度。實(shí)際控制中，在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)基本保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在監(jiān)控畫面中，用戶可以很清楚的看到組態(tài)中各個(gè)物理量的實(shí)時(shí)變化，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以及調(diào)節(jié)系統(tǒng) PID 參數(shù)來控制參數(shù)量，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制、分析，得到結(jié)果。在總貌畫面上可以很方便的進(jìn)入各個(gè)需要監(jiān)測(cè)的畫面，大大簡(jiǎn)化了操作步驟，是監(jiān)控操作 簡(jiǎn)單易行，真正體現(xiàn)了 JX300X 組態(tài)軟件的強(qiáng)大與方便。 圖 52系統(tǒng)控制分組實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面 系統(tǒng)監(jiān)控趨勢(shì)圖分析 本課題中根據(jù)需要監(jiān)測(cè)的位號(hào)數(shù)目，共設(shè)置了兩幅趨勢(shì)圖來顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)量 圖 53 系統(tǒng)趨勢(shì)監(jiān)控畫面 江蘇科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 的實(shí)時(shí)變化趨勢(shì)。 圖 54流程圖監(jiān)控畫面 系統(tǒng)一覽監(jiān)控圖分析 數(shù)據(jù)一覽組態(tài)圖中包括了所有組態(tài)過的模入量，可以直觀 的反應(yīng)其數(shù)值的變化，便于讀取。選擇手動(dòng)還是自動(dòng)控制。 圖 59 P=30 I=0 D=0 （ 2）圖 59 中，糧倉儲(chǔ)量沒有最終穩(wěn)定，需再加積分減少其結(jié)果偏差。在江蘇省以及全國(guó)的一些農(nóng)村地區(qū)，谷物收獲后的含水率相對(duì)較高，自然晾曬損失率也較高，造成了一定程度的浪費(fèi)， 而且最后得到的糧食品質(zhì)相對(duì)較差。試驗(yàn)結(jié)果顯示，可以像軟件仿真的結(jié)果一樣達(dá)到對(duì)糧食儲(chǔ)存?zhèn)}的糧食儲(chǔ)量的有效控制。在我大學(xué)四年里為我授業(yè)解惑，使我夯實(shí)專業(yè)知識(shí)，尤其是做畢業(yè)設(shè)計(jì)主要用到的集散控 制系統(tǒng)與過程控制基礎(chǔ)等領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)，使我在做畢業(yè)設(shè)計(jì)才能有所想、有所成果。在我的 畢業(yè)設(shè)計(jì)遇到各種難以預(yù)料的困惑的時(shí)候，是徐老師積累多年的豐富的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，淵博似海的專業(yè)知識(shí)做了我迷茫中的指向標(biāo)，幫助我找對(duì)方向。在烘干機(jī)的基礎(chǔ)上，本課題主要著力在其自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。 圖 511 P=30， I=， D=0 本次現(xiàn)場(chǎng)模擬中，由于微分對(duì)調(diào)節(jié)效果影響不明顯所以不予調(diào)節(jié)。效果圖如圖 57 所示。以此了解 PID 控制，了解單回路控制的控制過程。 系統(tǒng)流程圖監(jiān)控圖分析 本課題中共繪制了 3幅流程圖，分別是：烘干機(jī)流程圖、儲(chǔ)存?zhèn)} 1儲(chǔ)量調(diào) 節(jié)流程圖、烘干段詳細(xì)流程圖。他們分別顯示本課題中水分與糧食儲(chǔ)量位號(hào)的變化趨勢(shì)、烘干機(jī)溫度傳感器檢測(cè)的溫度變化趨勢(shì)、電機(jī)轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)以及回路控制量的變化趨勢(shì)。在連接了實(shí)際設(shè)備后（比如開關(guān)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、水箱等設(shè)備），監(jiān)控軟件就可以實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的開關(guān)以及工作狀況。在干燥段 2設(shè)置一個(gè)糧食水分傳感器檢測(cè)設(shè)備作內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)，是為了及時(shí)對(duì)糧食水分進(jìn)行分析，如果糧食水分跟理論計(jì)算有偏差，則可以直接對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。組成了一個(gè)串級(jí)控制回路。冷卻段是通過加入冷空氣與干燥段鼓風(fēng)機(jī)吹過來的熱風(fēng) 相混合使空氣的溫度有個(gè)適當(dāng)?shù)臏p少來降低空氣的溫度。 江蘇科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 表 44 各種糧食的允許受熱溫度 糧食品種 玉米 小麥 大麥 燕麥 稻谷 大豆 花生 高粱 糧食允許受熱溫度 （℃） 飼料糧 82 82 82 82 82 種子糧 商品糧 由將要烘干的糧食來設(shè)置空氣加熱與溫度調(diào)節(jié) 裝置來達(dá)到適