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1、东 北 大 学毕业设计设计题目: 气调储粮气体自动检测系统主机位设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 机制 指导教师： 2011年 5 月 25日目 录1本次设计的概述11.1本次设计的任务11.2国内外粮食储藏气调技术应用的发展现状11.2.1国际粮食科技现状11.2.2发达国家粮食科技发展趋势21.3本次设计的目的和意见22储粮气调装置控制系统设计32.1系统整体设计32.2系统的工作原理33 PLC原理接线图设计43.1PLC的选型43.2扩展模块的选择53.3环路开关的设计63.4变频器的选择73.4.1变频器不同种类的比较73.4.2变频器参数设计83.5电动机的选择113.6人机
2、界面的选择123.7 PLC原理接线图134 PLC软件程序设计144.1 内部地址的分配144.2主程序流程图设计164.3子程序流程图设计175自动控制系统软件的设计145.1内部地址的分配155.2 PLC程序设计165.3人机界面设计176设计总结297致谢30参考文献311 本次设计的概述1.1本次设计的任务本课题通过设计的装置读取对高大平房仓或圆筒仓内小麦气调储粮过程中二氧化碳、氧气、氮气及环境温度、湿度等参数数据（参数的检测由其他的检测机构实现，本设计不涉及），分析粮堆储藏环境的特征特点，在提供仓房整体查询、单点查询的同时，能够自动控制通风装置、气源装置动作，完成小麦的自动气调储
3、粮过程，形成自己的产品设计成果。本次设计是依据毕业设计要求来完成，这次设计涉及到了PLC编程、变频电机工作原理及人机界面搭接等有关方面的内容，综合全面地锻炼了自己的实际设计能力。1.2国外国内粮食储藏气调技术应用的发展现状1.2.1国际粮食科技现状进入新世纪以来，发达国家的农业现代化更加明显。随着生物技术、信息技术，特别是细胞工程、基因工程、发酵工程、酶工程、蛋白工程技术的发展，世界农业领域正处在重大历史转折和高速发展时期。农业技术的进步，同样促进了粮食资源利用技术的发展，粮食资源的合理利用和资源的深度开发已成为发达国家最主要的特征。主要表现在以下方面。 (1)粮食储存广泛采用绿色生态储粮技术
4、由于发达国家粮食资源丰富，可以满足需求，粮食储存时间短、数量少，粮食储存不仅注重数量，更关注储粮的内在品质和营养变化，长期进行储量基础研究，注重储粮应用技术的环保提升。因此，以低温、气调、生物、物理和综合防治相结合的绿色储粮技术已成为其主要特色。以澳大利亚为典型代表的绿色储粮技术发展到较高的水平。目前，一些欧洲国家已经禁用溴甲烷作为熏蒸剂使用。经济效益最大化成为发达国家储粮仓型选择的主要标准。储粮设施主流仓型以系列浅圆仓为主，单仓仓容越来越大。在欧美发达国家，主流仓型的单仓仓容已发展为0.7万1.2万t。粮食仓储机械化程度高，产后损失少。 (2)信息化技术在粮食储藏领域广泛应用 美国、加拿大、
5、澳大利亚等国，粮食市场化程度高，信息化技术在粮食储藏领域广泛应用。有专门的机构利用高新技术，如利用卫星遥感技术装备，预测世界农业生产情况，通过网络信息和电子商务平台，分析国内和国际期货和现货市场信息，预测全球粮食的需求形势，及时调整粮价和贸易策略。粮食仓储及流通过程，通过研究粮食品质测定方法，运用信息处理技术，开发数据管理系统，把粮食流通中品质测定各个环节通过信息系统结合起来，进行粮食品质跟踪管理，从农场收购粮食、粮食流通到最终消费的全过程实施质量品质跟踪和安全控制，基本上达到信息化管理。1.2.2发达国家粮食科技发展趋势进入21世纪以来，全球农业技术变化集中地体现在基因技术及专用种植技术创新
6、和技术集成、学科渗透。发达国家把粮食流通产品经营的生产技术的高新化、生产规模的大型化、资源利用的精深化、企业管理的信息网络化、产品质量的标准化作为战略重点，增强国际竞争力，发展态势十分迅猛。主要表现在：(1)技术装备的智能控制技术和降低能耗技术粮食加工、储运等技术装备向机电一体控制、微机智能控制等现代化方向发展，使生产工艺和技术的稳定性提高。同时，生产规模的大型化和机械装备的现代化，使生产过程的能耗大大降低，资源、能源得以充分利用，生产效率和效益大大提高。(2)以低温储粮为代表的“绿色”储粮技术将得到进一步发展以低温、气调杀虫和符合绿色环保的杀虫剂为代表的“绿色”储粮技术和有害生物综合防治技术
7、是未来的发展方向，影响粮油食品安全和环境保护的支撑害虫综合防治的非化学防治技术将得到进一步的重视。仓房结构和仓储设备向大型化、专业化和标准化方向发展。最终粮食食用品质的优劣和储粮经济效益、社会效益及生态效益将是评判储粮技术的标准。(3)重视粮食流通的信息化建设和应用鉴于信息化在发达国家社会生活和经济建设中发挥越来越重要的作用，重视信息化整体的规划和建设被视为国家经济战略的一个重要方面。信息化将贯穿到粮食的生产、收获、储藏、加工、管理的全过程，实现数字化、网络化和智能化，以实现粮食生产和流通的全过程质量安全控制是国外粮食质量安全科技发展的趋势。 (4)以人为本，粮食流通的清洁和环境生产正在日益受
8、到重视 随着工业化和经济的发展，使得水、土等资源紧张，并对生态环境造成影响；随着物资的丰富和生活质量的提高，人们对生活和工作环境的要求越来越高。以人为本，对环境的保护，粮食流通环节的清洁生产和保持环境生产技术，特别是节能、节水工艺技术，防粉尘、防噪声、防污染技术和智能控制技术将成为粮食流通科技发展的突出需求。1.3本次设计的目的和意义粮食是食品工业的源头，正是由于绿色食品的大力发展，粮食储藏技术也正在发生深刻的变化。低温储粮已经被广泛采用，仅德国阿克西玛制冷设备公司(原来的苏尔寿爱雪维斯公司)，生产的谷物冷却机就有1万多台在世界上60多个国家使用，全世界采用低温储粮的粮食已经超过了1亿t；气调
9、储粮是另一个被广泛采用的绿色储粮技术，已经在澳大利亚、美国、俄罗斯、中国等国得到有效应用。在欧洲，对于绿色储粮技术的应用，政府在政策上给予了大力支持。所以今后破绿色储量技术将会有很大的发展。在“中国储粮生态系统理论体系”的指导下，我国粮食储藏理念正发生着深刻的变化，粮食储藏技术正在由传统储粮技术向绿色储粮技术发展，由粗放型仓储管理向精细化仓储管理发展。尤其是最近几年，用自然低温的控温技术、气调技术、替代甲基溴等许多新技术在粮食储藏中的应用，大大提升了我国粮食储藏的技术水平，同时也为节能减排、环境保护作出了积极的贡献，得到了国际社会的广泛认同。随着我国农业的发展,农产品的产量不断提高,且农产品的
10、需求量也不断增加，大量的粮食囤积，需要进行很好的储存。然而传统的低温，密封，磷化氢等方法存储不能有效的防潮防虫害。迄今国内外已确认气调储藏对粮食生理、生物学、品质保持以及控虫、防霉等方面均较之空气常规储藏更具明显的优越性和储藏效应。本课题研究的目的就是设计控制气调系统，主要是对影响储粮的氮气、氧气、二氧化碳气体、湿度、温度等因素的测量，来达到自动控制。2.储粮气调装置控制系统设计2.1系统整体设计总体的设计是要完成对储粮气调的全自动控制，在这个要求之下，我们需要选择经济适用的PLC系统，并编写控制程序，通过人机界面即触摸屏，以适应全自动控制的需要。主要的控制流程方案：是通过有线I/O接口模块主
11、动接收下机位传递的数据信息，运用换位开关，编码输入选取粮仓内位点参数，经过PLC程序计算、分析、执行程序处理转化的控制信号来控制电磁阀的开启和变频风机的的动作，来达到自动检测粮仓温度、湿度、氧气、二氧化碳、氮气等参量。2.2系统的工作原理人机界面P L C变频器1、2、3、4风机1、2、3、4电机1、2、3、4电磁阀1、2、3、4各个氮气泵数模转换模块下机位1、各种（湿度、温度、氧气、二氧化碳、氮气）传感器数模转换模块下机位96换位开关并口线各种（湿度、温度、氧气、二氧化碳、氮气）传感器 图1.系统的工作原理示意图该系统装置的工作原理过程：通过各个传感器读取（数据接收采用有线IO接收模块，接收
12、方式主动式）对高大平房仓或圆筒仓内小麦气调储粮过程中二氧化碳、氧气、氮气及环境温度、湿度等参数数据，选取合适的数模转换模块，把参数数据转化成合适的电信号，经过换位开关选取测定组的电信号，通过并口线传到PLC中。通过PLC程序编程能够自动控制通风装置（变频风机）、气源装置动作(电磁阀的开闭)，并把PLC同人机界面相连接，完成对小麦的自动气调储粮过程。3.PLC原理接线图设计3.1 PLC选型 分析系统数据接收和输出需要几个I/O口：通过方案系统整体设计知，需要10输入插盘和下机位相连，每个采样数据通过8字节输入，PLC共需要8个输入口，下机位另两根线是与上机的对话线，一个是输入口，一个是输出口。
13、再者选择四个风机共输出四个数字量，四个变频器控制的风机共输出四个模拟量。还需要七个输出口，来对96组数据进行选择。综上可知，要想满足系统设计要求，PLC需要有16个输出量和9个输入量。此次毕业设计所需要的PLC的I/O点数较少，PLC的输入为：氮气传感器输入、氧气传感器输入、二氧化碳传感器输入、湿度传感器输入、温度传感器输入。PLC的输出为风机电机、电磁阀。因为所需要的PLC的点数较少，所以可以选择小型的PLC,满足以上条件的PLC有西门子的，欧姆龙的，还有三菱的。这三种PLC,其I/O点数在256点以下时，三种PLC都是有一定优势的，欧姆龙和西门子的PLC的性价比较高，三种PLC的容量也是能
14、满足要求的，因为平常学习的是西门子的PLC,所以选择西门子的小型PLC,西门子小型PLC,是S7-200系列的PLC,S7-200的PLC根据CPU结构配置不同又分为五种，分别为CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM。CPU221 它有6输入4输出，I/O共计10点，但是没有扩展能力，CPU222 有8输入6输出，I/O共计14点，可以扩展2个扩展模块，CPU224 有14输入10输出，I/O共计24点，可以扩展7个扩展模块，有内置时钟，CPU226 有24输入16输出，它比CPU224具有更强的扩展能力，CPU226XM 这是西门子公司后来推出的一种增强型主
15、机，它在用户程序存储容量和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU226相同。通过以上分析可知选择西门子CPU224，即能满足设计要求又经济适用，最后选择用。3.2 扩展模块的选择 选择了S7-224有I/O口14/10，可知还有需要15个输出口，这里面有四个输出模拟量，十一个输出数字量。接下来分析各种扩展模块：S7-200PLC硬件的配置方式采用整体式加积木式，即主机中包含一定量的输入/输出，同时还可以有一定数量的输出模块，以及功能模块，CPU22*系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，进行扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O
