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1、1 38 谷物烘干机的谷物烘干机的 PLC 控制设计控制设计 学学 生生 姓姓 名 名 x x x x 学学 生生 学学 号 号 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 院院 系 系 机电工程学院机电工程学院 年年 级级 专专 业 业 20072007 级机械设计制造级机械设计制造 及其自动化及其自动化 1 1 班班 指指 导导 教教 师 师 xxxxxx 副教授副教授 二二 一一一一年年五五月月 二二十十日日 I 38 摘 要 谷物烘干机是一种自动化程度要求较高的机电设备 应用于农业生产中的农 作物烘干领域在工业控制领域 随着电力电子技术 可编程序控制器与变频技术 的发展 以 PLC 控制
2、为核心的电控技术在各类机械设备中的应用越来越广 它将 逐渐取代传统的继电器控制系统 上升为交流电气控制的主流 PLC 作为谷物烘 干机的核心控制器 其在工业过程控制中体现了强大功能 当前 PLC 在国际市 场上已成为最受欢迎的的工业控制畅销产品 本篇论文论述可编程控制器 PLC 对 谷物烘干机自动控制 主要介绍谷物烘干机工艺流程 PLC 控制系统的设计 梯 形图 程序编制等 关键词 PLC 谷物烘干机 自动控制 II 38 ABSTRACT Grain drying machine is a high degree of automation required electromechanica
3、l equipment used in agricultural production crops drying in the field of industrial control field with the power electronics programmable logic controller and variable frequency technology the PLC Control as the core of the electronic control devices in various types of machinery used more and more
4、widely it will gradually replace traditional relay control system electrical control of the exchange rose to the mainstream PLC as the core of grain dryer controllers in industrial process control reflects the power At present PLC in the international market has become the most popular selling produ
5、cts for industrial control This paper discusses the programmable logic controller PLC automatic control of grain dryers grain dryer process introduced PLC control system design ladder programming and so on KEY WORDS PLC grain drying machine automatic control III 38 目录目录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 1 1 绪论绪论
6、1 1 1 本课题的研究意义 1 1 2 课题国内外研究现状 1 1 3 课题发展趋势 2 2 2 PLCPLC 概述及基本原理概述及基本原理 4 2 1 PLC 西门子系统的介绍 4 2 2 PLC 的应用 4 2 3 PLC 的特点及工作原理 5 3 3 谷物烘干机谷物烘干机 8 3 1 概述 8 3 2 国内外先进谷物干燥技术 8 3 3 干燥技术种类 9 3 4 谷物干燥机的设备与组成 10 3 4 1 循环式干燥机构造特点 11 3 4 2 谷物烘干机工作原理 11 3 5 谷物烘干机的控制要求 12 4 4 硬件设计硬件设计 14 4 1 PLC 与 CPU 型号的选择 14 4
7、2 系统机型选择与配置 17 4 3 主要参数计算 19 4 4 电源模块 20 4 5 底板或机架 20 4 6 PLC 系统的其它设备 20 4 7 PLC 的通信联网 20 5 5 自动控制系统设计自动控制系统设计 22 5 1 谷物烘干工艺流程 22 5 2 系统软件设计 23 5 2 1 流程图 23 5 2 2 系统梯形图设计 24 5 2 3 系统 STL 语句 27 5 2 4 梯形图与程序整理 29 总结总结 31 参考文献参考文献 32 致谢致谢 33 1 38 1 绪论 1 1 本课题的研究意义 谷物收割后含水很高 要想让谷物达到安全仓储的条件 不霉变 必须把谷 物的含水
8、率降低到能够进行仓储的安全水分 即 12 为水稻仓储的安全水分 水 稻不同于其他粮食的干燥 水稻是一种热敏性的作物 干燥速度过快或者参数选 择不当容易产生爆腰 所谓爆腰就是谷物干燥后或冷却后 颗粒表面产生微观裂 纹 这将直接影响水稻碾米时的碎米率 从而影响水稻的出米率 也直接影响到 它的产量和经济价值 目前研制成功的很多谷物烘干机适用于稻谷 小麦 绿豆 高粱 黄豆等谷物 适合农场 粮站 粮食商等 此类谷物烘干机以热空气作为 干燥介质 采用循环烘干设计 节省能量 而且更配有自动温度及水分检测控制 仪 以免有过烘的情况出现 保证谷物的质量 随着我国农业产业化进程的推进 农业机械化自动化水平不断提高
9、 各种形 式谷物烘干机源源不断地推向市场 谷物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 谷物干燥同时也是农业生产中重要的步骤 也是农业生产中的关键环节 是实现粮食生产全程机械化的重要组成部分 谷物 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 在不损害谷物品质的前提下 降低谷物中含水量 使其达到 国家安全贮存标准的干燥技术 本设计主要探讨用对燃油循环式谷物烘干机进行自动控制 实现谷物烘干全 过程即进粮 循环烘干 出粮的自动控制 其系统结构简单 运行稳定可靠 1 2 课题国内外研究现状 对于高水分谷物烘干的PLC自动控
10、制系统来说 主要是解决谷物的烘干过程 问题 它普遍采用热风烘干系统 由于种种原因 将各种含水量不同的谷物混合 在一起进行烘干的过程中 一方面会使烘干后的谷物所含水分可能低于规定值 从而带来经济上的巨大损失 另一方面 又可能使烘干后的谷物所含水分局部或 整体略高出规定值 这样烘干后的谷物在其仓储的过程中依然会产生霉变 从而 造成经济效益的下降 PLC自动控制是一种基于语言规则 推理的高级控制技术 是智能控制领域 最活跃 最重要的分支之一 当今 PLC自动控制技术已广泛应用于工业 农业 国防 医学等诸多行业 2 38 然而 谷物烘干的基本目标是保持烘干过程稳定的前提下 以最低的烘干成 本和能耗得到
11、谷物最优的烘干品质 谷物烘干过程是典型的非线性 多变量 大 滞后 参数关联耦合的非稳态传热传质过程 谷物本身又是一种复杂的生物化学 物质 为达到上述目标 在烘干过程中必须不断地调整烘干参数 对烘干机工作 过程进行控制 烘干过程的自动控制是实现烘干机优质 高效 低耗 安全作业 的有效手段 实现烘干过程的自动控制 实现谷物烘干机的自动控制 对保证出 机谷物水分均匀一致 烘干后谷物品质 减轻操作人员劳动强度及充分发挥烘干 机生产能力等具有重要意义 1 3 课题发展趋势 在21世纪的今天 谷物烘干贮存是非常的重要 它的贮存是关系到国计民生 的大事 其中谷物的烘干是一个极其重要的环节 为了促进谷物加工存
12、储企业的 良性循环和持续发展 建立一个 优质 高效 持续 的农业生产模式为出发点 以应用极为广泛的人工智能技术 PLC自动控制技术为核心 结合并充分考虑 农业生产过程中的各种确定性和不确定性因素 在综合了计算机技术 决策推理 理论 现代生产管理等科学技术的基础之上 研究和设计了PLC自动控制系统 来促进谷物加工存储企业在未来的发展中能够进一步提高经济效益 进一步优化 各项经济技术指标 谷物烘干过程自动控制问题的研究开始于20世纪60年代 当时使用前馈控制 反馈控制 反馈 前馈控制和自适应控制等传统控制方法 传统控制理论采用差 分方程或传递函数 把烘干过程系统的知识和已有的信息表达成解析式 但是
13、在 使用和设计本课题中的谷物烘干机机控制系统时会遇到很多困难 原因是 1 谷物烘干过程是复杂的 时变的和非线性的 2 某些烘干过程变量 如谷物品质和色泽 是不能直接测量的 有些变量 如 谷物水分含量 的测量可能是不连续 不精确 不完整或不可靠的 3 烘干机的过程模型是对实际过程的近似 而且需要大量的计算时间 4 几乎不可能用一个适当的模型来表示像烘干过程这样一个非线性 滞后 时变的复杂系统 5 谷物烘干机的被控变量和控制变量之间存在交互效应 6 谷物烘干机的作业条件复杂 扰动变量的范围宽 难以调控 显然 要克服上述困难需要对谷物烘干机的传统控制方法不断改进 同时要 探索新的 更有效的控制方法
14、20世纪70 年代 电子行业的进步 尤其是计算 机技术的发展使得现在所谓的先进控制的思想得以广泛的传播 先进控制的目标 3 38 就是为了解决那些采用常规控制效果不佳 甚至无法控制的复杂工业过程控制问 题 近年来 现代控制和人工智能取得了长足的发展 为先进控制系统的实施奠 定了强大的理论基础 而控制计算机是集散控制系统 DCS 的普及 计算机网 络技术的突飞猛进 则为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台 总之 工业发展的需要 控制理论和计算机及网络技术的发展强有力地推动了先进控制 的发展 然而计算机技术的飞速发展 人工智能控制理论也开始在烘干机控制中得到 应用 明显改善了烘干机控制系统的
15、性能 传统控制方法由于大滞后和对谷物烘 干过程的非线性联系 不适于控制谷物烘干机 人工智能技术进步在工程领域中 广泛应用 先进控制理论和控制方法应用到谷物烘干过程的自动化控制中 控制 方法不断改进 控制效果提高 90年代后 过程控制己经开始向智能化发展 智 能控制理论日益与烘干技术结合在一起 利用人工神经网络对烘干过程进行模型 模拟和控制 专家系统应用于谷物品质预测 烘干过程控制和管理咨询等方面 与控制理论 仪表 计算机 计算机通信与网络等技术密切相关的先进控制 系统 具有以下特点 1 先进控制系统的理论基础主要是基于模型的控制策略 如 模型预测控制 这些控制策略充分利用工业过程输入输出有关信
16、息建立系统模型 而不必依赖对 反应机理的深入研究 2 先进控制系统通常用于处理复杂的多变是过程控制问题 如大时滞 多 变量耦合 被控变最与控制变量存在着各种约束等 采用的先进控制策略是建立 在常规单回路控制基础之上的动态协调约束控制 可使控制系统适应实际工业生 产过程动态特性和操作要求 3 先进控制系统的实现需要较高性能的计算机作为支持平台 由于先进控 制器控制算法的复杂性和计算机硬件两方面因素的影响 复杂系统的先进控制算 法通常是在上位机上实施的 随着DCS功能的不断增强和先进控制技术的发展 部分先进控制策略可以与基本控制回路一在DCS上实现 后一种方式可有效她增 强先进控制的可靠性 可操作性和可维护性 4 38 2 PLC 概述及基本原理 2 1 PLC 西门子系统的介绍 Programmable Logic Controller 简称为 PLC 即可编程控制器 是指以计 算机技术为基础的新型工业控制装置 由定义可知 它是一种数字运算操作的电 子系统 专为在工业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内 部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的
