【基于PLC的大米加工生產(chǎn)集散控制系統(tǒng)設計19000字（論文）】

43/4644/46基于PLC的大米加工生產(chǎn)集散控制系統(tǒng)設計摘要在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，農(nóng)機自動化起著重要的作用。農(nóng)業(yè)機械自動化的應用可以提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)率，實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)村向現(xiàn)當代自動化農(nóng)村的轉(zhuǎn)變，知足農(nóng)村生產(chǎn)的需要。分析了農(nóng)機自動化的狀況和農(nóng)發(fā)中存在的問題，探討了自控技術(shù)在農(nóng)機中的應用優(yōu)勢。隨著國名經(jīng)濟和國防建筑的發(fā)展，自控技術(shù)領(lǐng)取了廣泛的應用，其重要作用越來越顯著。生產(chǎn)過程自控是自控技術(shù)在石油，化學工程，電力，冶金，機械，輕工，紡織等生產(chǎn)過程中的具體應用，是自動化專業(yè)的主要構(gòu)成部分。PLC最早出現(xiàn)在二十世紀六十年代末的美國。其目的是取代繼電器，實現(xiàn)邏輯，定時，計數(shù)等順序遙控作用，成立靈活的監(jiān)控軟件。1976年正式命名并定義為：PLC（ProgrammableLogicController）是一種數(shù)字控制專用電子計算機，它利用可編寫程序儲存器儲存指令，執(zhí)行邏輯，順序，定時，計數(shù)，微積分等作用，通過模量和數(shù)字量的輸入輸出元件控制各種機械或工作流程。綜述了水稻生產(chǎn)過程自控系統(tǒng)的發(fā)展，探究狀況及發(fā)展前景，列舉了水稻生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)中存在的問題及解決辦法。通過對整個控制系統(tǒng)的分析，確定了水稻生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)的總體方案、參數(shù)和系統(tǒng)組成。本文通過對大米生產(chǎn)系統(tǒng)的研究和分析，以可編程控制器為核心，開發(fā)了一套高度自動化的大米生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化，提高了生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：大米生產(chǎn)；控制系統(tǒng)；PLC；仿真；DCS目錄第1章緒論 51.1選題的研究背景和意義 51.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 61.2.1國外研究現(xiàn)狀 61.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 61.3主要研究內(nèi)容 6第2章大米生產(chǎn)過程工藝簡介 9第3章基本控制原理與方法 103.1PID控制方法 103.2遺傳算法 113.2.1遺傳算法基本原理 113.2.2遺傳算法的特點 133.3本章小結(jié) 14第4章大米生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)方案設計 154.1大米生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)設計要求 154.1.1控制系統(tǒng)設計目標控制系統(tǒng)設計內(nèi)容 154.1.2控制系統(tǒng)的主要工藝流程 154.2大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)方案選擇與論證 164.3集散控制系統(tǒng) 194.3.1集散控制系統(tǒng)的概念 194.3.2集散控制系統(tǒng)的工作流程 194.3.3集散控制系統(tǒng)的特色 194.3.4集散控制系統(tǒng)組態(tài)軟件工作原理 20第5章系統(tǒng)硬件設計 215.1控制系統(tǒng)分析及元件選擇 215.1.1控制系統(tǒng)分析大米加工生產(chǎn)線 225.1.2元器件選擇及依據(jù) 225.2控制系統(tǒng)的硬件設技 275.2.1PLC控制系統(tǒng)I/O點數(shù)的估算 273.2.2PLC及主要模塊的選型 285.2.3控制系統(tǒng)的I/O地址分配 295.2.4控制系統(tǒng)電路設計 31第6章控制系統(tǒng)的軟件設計 326.1PLC控制系統(tǒng)的流程圖大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設計大米加工生產(chǎn)線 326.2PLC常用的程序設計方法 356.3系統(tǒng)程序的編寫大米加工生產(chǎn)線集 366.3.1主要程序模塊 366.3.2模擬量輸入的編程 39第7章遠程監(jiān)控界面的設計大米加工生產(chǎn)線集中控 407.1系統(tǒng)操作界面的設計 407.1.1組態(tài)用戶窗口 407.2工程下載大米加工生產(chǎn) 43結(jié)論 44參考文獻 45

第1章緒論1.1選題的研究背景和意義隨著社會的不斷進步，生產(chǎn)力水平的不斷提高，科學技術(shù)的飛速發(fā)展，對現(xiàn)代化生產(chǎn)的自動化程度要求越來越高，同時，人們越來越重視改善工作環(huán)境，降低勞動強度。由于糧食加工運輸成本的不斷上升、勞動力需求的不足以及一些不可抗拒因素的影響，糧食加工運輸行業(yè)的人們越來越追求低成本、高效率的規(guī)?；a(chǎn)目標。在中國糧食作物的構(gòu)成中，糧食占有巨大的比重，占有絕對重要的地位。我國糧產(chǎn)量繼續(xù)增加，2015年糧總播種面積11334萬公頃。其中，玉米產(chǎn)量22458萬噸，水稻產(chǎn)量208245萬噸，小麥產(chǎn)量13018．7萬噸，分別占全年糧食總產(chǎn)量的36．14％，33．51％和20．95％，合計占90．6％。因此，保障麥子和水稻的生產(chǎn)是保障中國糧安全的關(guān)鍵。由于工業(yè)自動化和自控技術(shù)的蓬勃發(fā)展，可編程控制器應運而生。通過計算機技術(shù)，它在軟件編程，硬件配置，?？刂疲ㄓ嵒ヂ?lián)等方面領(lǐng)取了很大的發(fā)展。利用可編寫程序控制器實現(xiàn)邏輯監(jiān)控的軟件。梯形圖語言作為一種編程語言，因其易于掌握而領(lǐng)取廣大工程師的承認，可編程控制器的軟件也越來越廣泛?，F(xiàn)代自控越來越智能化。工業(yè)計算機，微型計算機甚至超級計算機cpu在自動控制系統(tǒng)的許多地方都有用。當然，這些處理器有一個很大的特征，即高速，大內(nèi)存和大數(shù)據(jù)儲存。但是，還有巨大的成本。在許多小型電腦中，cpu的成本占軟件成本的百分之二十。對于這些小型系統(tǒng)，不用配置這樣的高速處理器。原因這些小系統(tǒng)追求的是經(jīng)濟效益而不是系統(tǒng)的快性，所以他們利用可編程序邏輯控制器（PLC）來控制小系統(tǒng)，這很適合系統(tǒng)，系統(tǒng)不太復雜，也不用很多復雜的操作。與德國等機器化水平較高的國家相比，中國機械化水平較低，利用可編寫程序控制器實現(xiàn)裝載系統(tǒng)的控制還不是很普及。因此，本文提出來的水稻產(chǎn)系統(tǒng)的設計是用可編寫程序控制器實現(xiàn)軟件的自控，從而降工人的勞動強度，提升生產(chǎn)效率，希望為更多的公司創(chuàng)造更多的價值，為其經(jīng)濟發(fā)展作出更大的貢獻。1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在，世界水稻生產(chǎn)技術(shù)已相對成熟并基本定型。各產(chǎn)公司和科學研究機構(gòu)紛紛將研究重點轉(zhuǎn)向水稻的深加工和綜利用。美，日等國走在世界前列。為適應消費者對食物安全，方便，營養(yǎng)，保健的條件，它們不斷開發(fā)大米新品，充分利用米糠，稻殼，碎米等副產(chǎn)品，實現(xiàn)大米的整體附加值。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀水稻是中國最大的糧食作物，種面積最大，單產(chǎn)最高，總產(chǎn)量大。在食物生產(chǎn)和消費中長期處于領(lǐng)先地位。大米加工業(yè)是中國糧油加工體系的重要組成部分，也是確保國家糧油安全的基本紐帶。作為滿足日常能源需求的主要來源，大米加工業(yè)具有良好的發(fā)展前景。經(jīng)過多年的探索和發(fā)展，中國大米加工業(yè)取得了長足的進步。不僅產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變得更加合理，而且技術(shù)設備水平也得到了顯著提高。同時，集約化經(jīng)營的趨勢日益明顯，涌現(xiàn)出一批龍頭企業(yè)。產(chǎn)業(yè)布局集中在東北，長江中下游等地區(qū)。當前，國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展進去新常態(tài)。在生產(chǎn)能力和產(chǎn)業(yè)組織方法上，傳統(tǒng)行業(yè)的供給能力已大大超過需求，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)必須優(yōu)化更新，公司并購重組的生產(chǎn)相對集中是基于差別化競爭的必要性。另外，深加工的發(fā)展是大米產(chǎn)業(yè)的必由之路。國內(nèi)大米加工公司通?！耙?guī)模小，分散無力”。糧食供應難以保障，加工商品質(zhì)量難以穩(wěn)定。產(chǎn)經(jīng)營規(guī)?；净鞘袌鲩_發(fā)經(jīng)營的條件。預計未來中國高端稻米產(chǎn)量將穩(wěn)步增長，到2021年將達到100萬噸。1.3主要研究內(nèi)容本課題主要是設計一套智能監(jiān)控系統(tǒng)，將集散計算機控制系統(tǒng)(DCS)與可編程控制器(PLC)融合為一體的過程自動化與信息管理自動化相結(jié)合的新型綜合集散控制系統(tǒng)——大米生產(chǎn)過程控制系統(tǒng);并結(jié)合大米生產(chǎn)線實時監(jiān)控系統(tǒng),設計控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設計以及各個部分的軟件。本文是對目前廣泛應用的水稻生產(chǎn)線的自動化設計與改造。當前大多數(shù)控制系統(tǒng)采用老式的繼電器觸點控制，故障率高，勞動強度大，系統(tǒng)設備更新困難。在大米生產(chǎn)過程中，如果對系統(tǒng)進行不適當?shù)目刂疲瑢⒋嬖诤芏鄦栴}，例如雜質(zhì)大量，大米碎峰大，加工精度不易控制。為了提高系統(tǒng)的自動化水平并解決大米生產(chǎn)中的這些問題，將現(xiàn)代PLC與MCGS和布局相結(jié)合的集中控制技術(shù)，在一定程度上能改善勞動條件，克服人為的不穩(wěn)原因，為現(xiàn)代產(chǎn)管理提供強有力的物質(zhì)要求，從而達到系統(tǒng)自動化控制和系統(tǒng)更新的目的。自動控制系統(tǒng)的組成。大米加工廠自動控制系統(tǒng)由監(jiān)控計算機，檢查感應器（包括料位開關(guān)等）和電控柜組成。電控柜接收PLC的指令，控制設備的運行，檢查感應器（料位開關(guān)等地）和繼電器，并將大米加工過程中各工序的信號發(fā)給計算機進行監(jiān)控。監(jiān)控電腦和PLC。上位機通過以太網(wǎng)接口或RS232與PLC的相應通訊端口相連。工控組態(tài)軟件采用北京市市三維力控組態(tài)軟件。PLC有DI，AI相應的輸入接口和DO，AO的輸出接口。所有大米加工設備的電動機啟動，暫停，故障反饋和信號作為輸入。電動機電流，料位高度等模擬信號作為輸入。當設備的電動機啟動時，停止控制是DO的輸出。力控軟件具有連續(xù)性，可擴展性，封裝性和通用性等優(yōu)點，人機界面用于大米加工，在人機界面上，輸入、輸出信號可通過數(shù)字或條形圖進行動態(tài)顯示。同時，下PLC的程序可以在上位機進行修改和初始化。電氣控制柜。電控箱設有繼電器和接觸器，負責各設備電機的通斷控制。可放置在控制室或加工現(xiàn)場。電氣控制柜上設計有遠程和現(xiàn)場開關(guān)。配電柜內(nèi)各設備的開關(guān)分為手動擋，停車，自動三個位置。當處于手動位置時，集控中心將對設備進行控制轉(zhuǎn)移，操作人員能直接啟動設備并檢查設備的運行狀態(tài)。在駐車檔，設備不受中控中心控制，也不行手動擋啟動。主要用于設備維修。當置于自控時，設備由集控中心自控?？刂七壿嫛Ｃ讖S自動控制系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)生產(chǎn)過程的順序控制，還可以實現(xiàn)一定的反饋控制和邏輯控制。例如，在谷機，來自碾米機和電子秤料斗的液位傳感器的反饋信號被發(fā)送到PLC，PLC根據(jù)大米加工的邏輯條件控制后續(xù)設備。不同的大米加工工藝，配套加工設備的數(shù)量也不同，而隨后的大米廠改造也需要增減設備。PLC大的優(yōu)點是它用插件功能取代了大量的中間繼電器和繼電器控制手機時候繼電器。梯形圖程序一般采用順序控制設計方法，程序編制方法有規(guī)律。大米加工的控制邏輯易于調(diào)整，大米加工設備的聯(lián)鎖和控制可根據(jù)不同的設備組合進行調(diào)整。設有聯(lián)鎖裝置，當后設備發(fā)生故障時，前設備的進料閥自動取消，實現(xiàn)設備的自我保護。監(jiān)視電腦操作。在監(jiān)控計算機中，軟件界面能動態(tài)顯示各設備的運行狀態(tài)如紅綠燈，綠燈，黃燈等指示停，啟，重力谷糙分級機故障狀態(tài)及設備電動機的當前值，使控制室操作人員可以了解各設備的狀態(tài)，一起配有料斗滿報案，單電流過載報案及辦電路，實現(xiàn)各種肇事情況下的預警和報警停機。監(jiān)控計算機管理功能：（1）動態(tài)模擬出現(xiàn)的大米生產(chǎn)工藝流程，生產(chǎn)表和制造參數(shù)（2）在大米加工過程中，如果顯示異常原因，會自動報警并用文字顯示故障類型。一起，界面會自動切換到故障所在的工藝畫面，以便操作人員在后續(xù)的加工中更好的調(diào)試加工設備（3）權(quán)限管理。啟動時輸入正確的登陸密碼，即可進大米加工主界面。（4）軟件界面可按年，月，日顯示和打印大米加工產(chǎn)量紀錄。通過在上位機軟件中設置大米包裝的重量，并在包裝處掃描包裝號，即可將包裝號轉(zhuǎn)換成相應的脈沖號發(fā)到PLC。電腦讀取PLC的包裝編號，以及怎么計算相應的大米產(chǎn)量（5）查閱歷史數(shù)據(jù)，如過去一周的運行時間，大米加工產(chǎn)量和費電量。

第2章大米生產(chǎn)過程工藝簡介大米加工是將大米加工成成品大米的整個生產(chǎn)流程，即根據(jù)大米加工的特點和要求，選適合的設備，按一定的加工順序組合產(chǎn)線。為保證精米質(zhì)量，提升產(chǎn)品精度，減少加工過程中的谷物損失，提升大米產(chǎn)量，大米加工一般要經(jīng)過清選，脫粒和茗下分離，碾磨，拋光和成品整理。，由于生產(chǎn)規(guī)模和大米精度的要求不同，在工藝流程上有些差異，如：原糧清選，除雜，除石，指谷谷糙分離，碾磨，白米分級，拋光，選輥，選色等工序，成品稱重包裝，輔以提升，氣力輸送等相關(guān)工序。日產(chǎn)的50噸大米加工工藝如圖1所示。清洗：利用適當?shù)脑O備，通過適當?shù)墓に嚭褪褂梅绞?，消除大米中混合的各種雜質(zhì)，從而提升成品米的質(zhì)量。一起，用磁鐵將米中的鐵釘，鐵屑清除干凈，確保生產(chǎn)安全。指谷：用椽膠輪著谷機或金鋼砂的機器除去大米的穎片，把穎片從糙米分離出。碾米：使用碾米機研磨并擦拭糙米，以分離皮層和胚乳。成品整理：通過刷米，去除谷殼，壓碎，選擇顏色，干燥和其他處理，可以獲得所需等級的米。

第3章基本控制原理與方法3.1PID控制方法在工程實踐中，比例，積分和微分控制（也稱為PID調(diào)節(jié)）是使用最廣泛的控制方法。PID控制器線性組合是一種線性控制器，它利用輸出與給定量之間誤差時間函數(shù)的比例（P），積分（I）和微分（d）組成控制量。當無法完全掌握被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)或無法獲得準確的數(shù)學模型，并且難以采用其他控制理論技術(shù)時，PID控制技術(shù)是最方便的?？刂葡到y(tǒng)原理圖如下：2，1連續(xù)PID控制規(guī)律描述如下:其中e（T）是誤差時間函數(shù)，即設定值和輸出之間的偏差。U（T）是控制量。K，，這是比例增益。它能縮短響應曲線的上升時間，快速反應誤差，但不行完全消除誤差。比例效應過強會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)性。T為積分時間常量，動態(tài)響應遲緩．TD為微分時間常量，可降低超調(diào)量峰，加快動力響應，提升穩(wěn)定性。這些參數(shù)相互影響，在實際生產(chǎn)中，應根據(jù)控制要求和被控對象的特點進行合理調(diào)整：當被控物理量在目標值附近振蕩時，應先增加積分時間，如果振蕩仍然存在，然后對其進行微調(diào)并適當減小，與示例相比，比例增益應增加。如果恢復不顯著，積分時間可以減少，微分時間可以增加。3.2遺傳算法3.2.1遺傳算法基本原理遺傳算法是由模型生物的遺傳和進化形成的現(xiàn)代智能計算。它重要由編碼，函數(shù)和遺傳算子構(gòu)成。（1）編碼編碼是將解空間的參數(shù)轉(zhuǎn)換為遺傳空間中染色體的過程。最常用的編碼方法是二進制編碼法，它由0和1構(gòu)成。二進制碼的分析精度取決于其字符串的長度。（2）適應度函數(shù)遺傳計算方法是基于適應度函數(shù)，怎么怎么算每一個個體的適合度，之后利用每一個個體的適合度進行搜。因此，適宜度函數(shù)的建筑將決定遺傳計算方法能不能快速收斂并找最優(yōu)解。這里有一個建造適應度函數(shù)的常用辦法：適應度函數(shù)Fit(f(x))直接由目標函數(shù)f(x)構(gòu)成，即:Fit(f(x))由f(x)的估計值構(gòu)成，即:當問題為求解f(x)最大值:式中，cmin為f(x)的最小值估計。當問題為求解f(x)最小值:式中，cmax為f(x)的最大值估計。Fit(f(x))由f(x)的極值構(gòu)成，即:當問題為求解f(x)max:式中，c為目標函數(shù)f(x)的臨界值。當問題為求解f(x)最小值:(3)遺傳算子a.選擇首先怎么算個體的適應度值，根據(jù)固定規(guī)則從當代群體中選出優(yōu)秀個體，并將這些個體的dna遺傳給下一代。常見的選擇方法有比例選擇，部分選擇，隨即日歷抽樣和錦標賽選。b．交叉，根據(jù)隨機搭配原理，對群體中的個體進行配對，并根據(jù)交叉概率在配對間交換一些染色體，從而改變個體的適應度，獲得新的個體。有兩種類型的交叉：實值交叉和二進制交叉。，根據(jù)交叉口類型的不同，二元交叉口可分為單點交叉口，均勻交叉口和多點交叉口。單點雜交，以雜交點為分界點，雜交點前的基因保持不變，雜交點后的基因相互交換。在均勻交叉中，每一個基因點被視為一個潛在的交叉點，隨即產(chǎn)生一個與個體dna數(shù)相等的掩模樣本。面具樣本中的片段表明小孩繼承了哪個父母的dna。0表示子代繼承各自父代的dna，1表示子代繼承相應父代的dna，如下例所示：交叉完成后得到的兩個新個體為:具有多個交叉點的多點交叉，在交叉點間連續(xù)互換dna，但在第一個交叉點和第一個dna間不交換，如下例所示：交叉點位置:3，6，9交叉完成后得到的兩個新個體為:c.變異根據(jù)變異幾率，將種群中個體的dna值變異為其等位dna替換，為種群增添新的活力，使遺傳算法具有局部搜索能力，預防了遺傳算法中的“早熟”現(xiàn)象。有兩種常見的類型：實值和二進制變量。(4)遺傳算法的主要操作步驟，如圖2-2所示。3.2.2遺傳算法的特點為解決多目標優(yōu)化問題，學者們提出來了多種智能優(yōu)化算法，如遺傳算法算法，神經(jīng)網(wǎng)絡智能算法，微粒群算法算法和蟻群智能算法等。遺傳算法算法是一種針對復雜系統(tǒng)的優(yōu)化算法，具有很強的魯棒性和左右特征。（1）遺傳算法能求解任何形式的目標函數(shù)，并通過怎么算目標函數(shù)的適應度來選擇最優(yōu)解。它對問題的依賴性很小，不用了解問題的內(nèi)在本質(zhì)，只需要對參數(shù)集進行編碼操作。（2）遺傳算法算法是一種全局搜索算法，從多個初始點開始并行搜索。它具有并行計算的特性，適合于優(yōu)化大型復雜問題。（3）在解決方案空間中進行有效搜索不需要盲目的窮舉或完全隨機搜索。3.3本章小結(jié)本章主要介紹了大米生產(chǎn)過程自動系統(tǒng)中相關(guān)的控制原理的方法和使用,基于遺傳算法對大米生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)進行故障診斷。

第4章大米生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)方案設計4.1大米生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)設計要求4.1.1控制系統(tǒng)設計目標控制系統(tǒng)設計內(nèi)容根據(jù)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設計要求，需要實現(xiàn)以下目標：1．設備具有自動模式。2．大米加工的遠程監(jiān)控和加工量的史紀錄。3．保證米飯和米飯的加工精度。依據(jù)工程條件，控制軟件的設計主要包含以下內(nèi)容：1．真空吸料：利用真空泵將原料拉入料斗，確保原料供應2．稱重設定：在面板上手動設置加工要求，并通過稱重傳感器實現(xiàn)自動稱重控制3．礱谷控制：檢測原材料在筒內(nèi)的位置，達到設定值后自動谷值控制4．大米接收：礱谷完成后，啟動送入谷物和糙米的鼓風機，分離出的糙米進入碾米罐進行進一步處理。處理完成后，自動打開滾筒門，將篩過的大米用鼓風機和高壓空氣送入料倉。4.1.2控制系統(tǒng)的主要工藝流程根據(jù)如圖所示的大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的描述，集中控制系統(tǒng)的工作過程如下：原材料首先放在圓筒或轉(zhuǎn)移袋中，然后通過真空泵吸入漏斗。然后吸入漏斗自動落入預計量漏斗中。原因吸入漏斗是真空的，所以預計量漏斗在這里起緩沖功效。原料從估計數(shù)量漏斗落入稱重漏斗。當光電開關(guān)檢查到原材料達到設置位置時，關(guān)卸料閥進行稱重。獲得數(shù)據(jù)后，打開排放閥，讓稱量的大米進入礱谷缸進行脫殼。脫殼完成后，啟動鼓風機，并用振動電機稱量稻殼，然后在碾米機中碾米。碾米后，啟動振動篩，使合格的米粒進入填料，篩出的米經(jīng)鼓風機和高壓空氣送入料倉。4.2大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)方案的選擇與論證根據(jù)米加工生產(chǎn)線基于PLC的集中控制系統(tǒng)的流程，整個生產(chǎn)線的三個單元的功能是相對獨立和分散的，但它們需要相互連接和協(xié)調(diào)。這就需要一個指揮控制系統(tǒng)。這些對控制系統(tǒng)提出了更高的要求。為了提高工程質(zhì)量，簡化控制電路的復雜性，減少工程預算，需要先進的控制技術(shù)和控制方法。因此，控制系統(tǒng)選擇的基本原理如下：1．采用先進，可靠，成熟的控制技術(shù)，提高系統(tǒng)的可靠性。2．采用模塊化設計，提高多功能性和設備效率，并便于維護。3．適應未來技術(shù)的發(fā)展和要求，系統(tǒng)具有很高的可擴展性?？刂葡到y(tǒng)常常采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)或者繼電器控制系統(tǒng)。PLC控制和中繼控制有幾個區(qū)別之處：1．控制邏輯繼電器的控制邏輯為硬接線邏輯，由繼電器觸點串并聯(lián)和延遲時間繼電器構(gòu)成。布線復雜，體積大，功耗高，故障率高。系統(tǒng)組成后，就很難更改或添加功能。另外，中繼繼電器的數(shù)量是有限的，并且每個中繼只能具有4-8對觸點，這在靈活性方面不足。PLC使用存儲邏輯，其控制邏輯以程序形式存儲在內(nèi)存中。要更改控制邏輯，只需更改程序即可，它變成了軟接線。它具有較少的接線和較小的尺寸，因此可擴展性非常好。PLC，中大是由低功耗的大規(guī)模集成電路組成的。2．工作模式接通電源時，繼電器控制電路中的所有繼電器同時處于受控狀態(tài)，即應打開的繼電器應打開，不應該打開的繼電器受到限制。在某些條件下無法打開。屬于并聯(lián)運行方式。在PLC的控制邏輯中，所有內(nèi)部設備都定期進行周期性掃描，這屬于串行操作模式。3．可靠性和可維護性繼電器控制邏輯中大量的采用了機械觸點和導線。觸頭受電弧損傷，機械磨損，使用壽命短，可靠性和維修性差。然而，PLC使用微電子技術(shù)，并且非接觸式半導體電路的尺寸小，串聯(lián)長且可持續(xù)性高，因此完成了許多開關(guān)動作。監(jiān)控以及自檢功能PLC都配備了。它可以檢查自己的錯誤。并隨時向操作員顯示。以及控制程序的執(zhí)行都可以動態(tài)監(jiān)控。便于現(xiàn)場調(diào)試和維護。4．控制速度繼電器的控制邏輯依賴于觸點的機械作用來實現(xiàn)控制。工作頻率低。觸點的打開和閉合動作通常約為數(shù)十毫秒。此外，機械觸點會搖動。半導體電路由程序指令控制。它是一種速度極快的非接觸控制。一般而言，用戶指令的執(zhí)行時間約為um，并且沒有抖動。5．定時控制繼電器邏輯使用時間繼電器進行時間控制。時間，時間繼電器存在計時精度低和范圍窄等問題。定時范圍大，容易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，并且難以調(diào)整時間。PLC使用半導體集成電路作為計時器，并且時基脈沖由高精度的晶體振蕩器產(chǎn)生。環(huán)境不會影響定時時間，定時范圍一般為0．001s到數(shù)日或更長。根據(jù)需要，用戶可以在程序中設定好定時值，然后讓軟件來控制定時時間。從以上比較可以看出，PLC的性能優(yōu)于控制邏輯，特別是可靠性高，設計周期短，調(diào)試修改方便，體積小，功耗低，操作維護方便。但是，當在非常小的系統(tǒng)中使用時，其價格要比繼電器控制系統(tǒng)高?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）使用微處理器作為核心控制系統(tǒng)，包括存儲器，算術(shù)單元和控制器。根據(jù)工業(yè)控制過程的特點，進行了通用的特殊電路設計。PLC的輸入和輸出模塊與主模塊組裝在一起，不需要其他接口。它們可以直接與諸如限位開關(guān)和螺線管之類的傳感器連接以驅(qū)動執(zhí)行器，從而使控制系統(tǒng)更簡單。按照類似于繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖對PLC進行編程，簡單明了。與繼電控制相比，具有性能好、價格低、價格適中等優(yōu)點。因此，本設計選擇PLC作為系統(tǒng)控制器。以下是對所選方案的分析：1．可行性分析A.功能可行性分析：由于系統(tǒng)主要部件的作用步驟和要求多為開關(guān)量信號，選用PLC完全能滿足其功能條件。B.系統(tǒng)靠譜性分析：在系統(tǒng)中設置光電檢查開關(guān)，對整個生產(chǎn)線進行監(jiān)控，進一步保證了系統(tǒng)的靠譜性。C.系統(tǒng)擴大性分析：系統(tǒng)以PLC為控制器，作用拓展性強。加上PLC產(chǎn)品的完整性，系統(tǒng)作用拓展非常方便。D.系統(tǒng)維修性分析：該系統(tǒng)采用先進的控制方法，大大降低了工程成本。由于系統(tǒng)配置和結(jié)構(gòu)簡單，可維護性得到了改善。2．技術(shù)性能A.吸料斗料位控制.B.料斗料位控制.C.稻壟碾時限。D.閥門堵塞故障報警。E.整個工作流程的自動化。本主題設計的基于PLC的大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)使用可編程控制器和傳感器來克服人為的不穩(wěn)定，充分利用現(xiàn)代先進技術(shù)，提高勞動生產(chǎn)率，并為現(xiàn)代生產(chǎn)管理提供有力的物質(zhì)條件。4.3集散控制系統(tǒng)4.3.1集散控制系統(tǒng)的概念分布式控制系統(tǒng)（DCS），也稱為分布式控制系統(tǒng)，是一種用于對生產(chǎn)過程進行集中管理和分散控制的計算機系統(tǒng)。隨著現(xiàn)當代最大工業(yè)的不斷發(fā)展和歷程控制條件的日益復雜，它是一個集成控制系統(tǒng)。它集成了計算機技術(shù)，網(wǎng)絡技術(shù)，網(wǎng)絡技術(shù)，通信技術(shù)和其他網(wǎng)絡技術(shù)。它是一種集集中管理，分散控制和通訊網(wǎng)絡于一體的新型控制系統(tǒng)。自1970年代問世以來，以PC（個人計算機）計算機為基礎，并擁有成熟的工業(yè)控制布局軟件的分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)獲得了眾多用戶的青睞，這將成為控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。4.3.2集散控制系統(tǒng)的工作流程根據(jù)實際過程控制要求，工程師站采用組態(tài)軟件對硬件和程序模塊進行組態(tài)，包括控制回路組態(tài)、控制方案選擇、趨勢屏生成等，組態(tài)后生成一系列組態(tài)信息文件。在系統(tǒng)運行前，根據(jù)配置信息文件的區(qū)別屬性，將配置信息文件下載到過程控制單元和系統(tǒng)中。過程控制單元根據(jù)配置信息文件的內(nèi)容，從作用模塊庫中找到相應的控制算法并執(zhí)行。結(jié)果通過驅(qū)動裝置送到執(zhí)行機構(gòu)，完成控制目的。操作員站可以根據(jù)組態(tài)提供的內(nèi)容監(jiān)視系統(tǒng)的生產(chǎn)狀態(tài)。4.3.3集散控制系統(tǒng)的特色在分布式控制系統(tǒng)出現(xiàn)之前，控制系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展階段。與計算機控制系統(tǒng)相比，DCS系統(tǒng)具有以下優(yōu)點。1）集中管理和分散控制功能2）高度的靈活性和可擴展性3）高可靠性4）良好的人機交互能力4.3.4集散控制系統(tǒng)組態(tài)軟件工作原理工業(yè)控制組態(tài)軟件避免了工業(yè)控制實現(xiàn)過程中繁瑣的編程工作，解決了控制工程師缺乏計算機專業(yè)知識與長期缺乏現(xiàn)場操作技術(shù)和控制工程師經(jīng)驗之間的矛盾，大大提高了自動化工程的效率。近年來，工業(yè)控制組態(tài)軟件已越來越多地用于中小型工業(yè)過程控制和工業(yè)自動化工程中。組態(tài)軟件的設計概念是面向?qū)ο蟮摹ＫM了過程控制中控制工程師的思維，圍繞受控對象和控制系統(tǒng)的要求構(gòu)造“對象”，并生成適合于不同應用系統(tǒng)的用戶程序。在DCS中，預先編寫完成所有控制功能所需的程序，并以模塊的形式存儲在現(xiàn)場控制站的存儲器中。組態(tài)軟件原理：系統(tǒng)軟件的基本組件和工具是固定的，與應用程序相關(guān)的組件成為數(shù)據(jù)文件，這些文件由屏幕上的組態(tài)工具進行編輯。換句話說，系統(tǒng)的執(zhí)行程序代碼是固定的。為了適應不同的應用程序?qū)ο螅瑑H需要修改數(shù)據(jù)文件（包括系統(tǒng)配置文件，控制參數(shù)文件，報告文件，控制循環(huán)文件等）。用戶使用配置軟件通過靈活方便的配置方法（而不是編程方法）生成數(shù)據(jù)文件。只要將生成的用戶應用軟件發(fā)送到每個現(xiàn)場控制站，就可以實現(xiàn)各種控制方案。

第5章系統(tǒng)硬件設計整個系統(tǒng)由應用系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成。本章詳細介紹了系統(tǒng)的硬件設計，并分析了硬件的每個部分。硬件設計的每個環(huán)節(jié)都完成了相應的功能，形成了一個統(tǒng)一的整體。在對控制系統(tǒng)進行分析的基礎上，本文選擇了采用的組件，分配alpine地址，最后設計了整個計算機硬件。。5.1控制系統(tǒng)分析及元件選擇加工集中控制系統(tǒng)的設計以可編程序控制器（PLC）為主要控制點，需要控制的是整個過程的實現(xiàn)。通過可編程控制器（PLC）和電機（包括稻殼加工機，擺動電機，碾米機，真空泵鼓風機）和其他外部硬件（電磁閥，傳感器），實現(xiàn)了整個稻米生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設計。本次設計的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示：主要工作原理如下：接通電源后，將設備模式切換為自動定量輸送模式，然后將所有閥門轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置。按下啟動按鈕，用真空泵將原材料吸入吸入料斗。當光電開關(guān)1檢測到原料到位時，關(guān)閉真空泵，打開吸料斗以打開和關(guān)閉電磁閥KV1吸料斗空氣閥KV16，然后原料從吸料斗掉入預期的體積漏斗；重復此步驟，直到光電開關(guān)檢測到原料到位，關(guān)閉KV1，打開預測容積漏斗，打開KV3，KV2，KV4，KV5，然后關(guān)閉電磁閥，以使原料迅速掉入稱量漏斗。當達到設定時間時，關(guān)閉打開的KV3，稱重KV2，KV4，KV5，并在稱重完成后將測量值發(fā)送到MCGS觸摸屏；稱重步驟完成后，打開稱重漏斗，待處理的原材料從稱重漏斗掉入谷物罐。啟動電動機，啟動鼓風機，然后分離稻殼。分離后，打開谷缸高壓空氣電磁閥KV8，KV9，讓糙米迅速落入碾米滾筒。達設置時間到時，請關(guān)閉KV8，KV9和KV10，然后啟動碾米電機。碾米結(jié)束后，啟動振動電機，從振動篩中選擇合格的碾米，最后打開碾米鼓的高壓空氣閥KV11，KV12和電動閥KV15將處理過的米送入料倉。5.1.1大米加工生產(chǎn)線控制系統(tǒng)分析根據(jù)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設計要求和特點，對該系統(tǒng)的控制分析如下：1．開電源開關(guān)，設定加工方法：自動或手動擋擋位，設定原材料重量。2．按啟動按鈕將原材料吸入料斗。從吸入漏斗進入預計量漏斗，然后從預計量漏斗進入稱重漏斗。通過稱重傳感器以達到自動稱重控制操作。3．原材料從稱量漏斗輸送到谷缸，并引入空氣。氣缸內(nèi)壓力由壓力傳感器測量，光電傳感器檢測原料位置，實現(xiàn)礱谷自動控制。4．脫粒后，風扇將谷物驅(qū)至粉碎并分離，分離出的細米進入碾米罐進行進一步處理。加工完成后，滾筒門自動打開，篩好的大米用高壓空氣送入筒倉。5.1.2元器件選擇及依據(jù)根據(jù)對控制系統(tǒng)及各部件的要求分析，為滿足系統(tǒng)功能要求，電腦所需的主要部件有PLC控制器，高壓感應器，稱重感應器，光電感應器，脫粒機，碾米機，電磁閥等1.三菱FX一2N-PLC介紹三菱FX-2N具有運行速度快，功能強大的特點，適用于對要求較高的中小型控制系統(tǒng)。所以這設計適用于PLC的這個系列。圖3.2帶有擴充模塊的三菱FX-2NCPU模塊FX-2N基本單元由中央處理器（處理器），電源和數(shù)字輸入輸出單元組成。這些都是緊湊地裝在一個單獨的單位。，基本單元與擴展單元或擴展模塊連接，可以執(zhí)行16,256點的靈活的輸入和輸出組合?？蛇x擇16，32，48，64，80，128點主機，最小8點擴展模塊可用于擴展。根據(jù)電源輸出形式自由選擇。程序容量：內(nèi)置的存儲盒可存儲800步（您可以輸入注釋），最大可擴展到16K步。在豐富的軟件組件應用程序指令中，有許多簡單的指令，高速處理指令，變量輸入常量，中斷輸入處理，直接輸出等。方便的命令數(shù)字開關(guān)數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)讀取，矩陣輸入讀取，7段顯示輸出和其他數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)分類，三角函數(shù)運算，平方根，浮點十進制運算等，脈沖輸出（20KHZ，DC5V，KHZ，DC12V，24V），脈寬調(diào)制，PID控制命令，與外部設備的通訊，串行數(shù)據(jù)傳輸，ASCII碼打印，hexascii轉(zhuǎn)換等。計時器控制內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較，加法，減法，讀取，寫入等。圖3.2帶有擴充模塊的三菱FX-2NCPU模塊2.稱重傳感器的介紹智能稱重傳感器是近年來的研究熱點。智能傳感器的定義已經(jīng)在各種傳感器雜志中討論了很多年。直到1990年代初期，人們才有了一個相對一致的觀點：他們中的全部或部分人具有信號檢測和處理，邏輯判斷，雙向通信，自檢，自校準，自補償，自我診斷和計算。具有敏感功能的設備稱為智能傳感器。智能傳感器可以集成或單獨組裝。數(shù)字智能稱重傳感器就是根據(jù)這一思想而開發(fā)和應用的。還有兩種結(jié)構(gòu)形式，即整體式和分離式。積分型是一種數(shù)字處理電路，由放大器，濾波器，A/D轉(zhuǎn)換器，微處理器芯片和安裝在稱重傳感器上的溫度敏感組件組成。利用存儲在微處理器中的軟件，實現(xiàn)了各種數(shù)字補償過程，對其性能進行了調(diào)整和測試。最后，通過電子束焊接或激光焊接將其密封。數(shù)字智能稱重傳感器的制造過程與模擬稱重傳感器的制造過程完全不同。它主要由兩個獨立的部分組成：一種是用彈性體貼片構(gòu)成電路后，通過實驗建立了數(shù)字補償過程所需的數(shù)學模型，并形成了便于程序計算的公式。另一種是簡單實用的補償基于該數(shù)學模型的計算軟件對微處理器芯片中的各種誤差進行了校正和補償。軟件技術(shù)主要包括數(shù)字濾波技術(shù)，比例轉(zhuǎn)換技術(shù)，數(shù)字零位技術(shù)，溫度補償技術(shù)和線性補償技術(shù)。同時，有必要解決過電壓保護問題，例如反射頻率干擾（RFI），電磁干擾（EMI）和雷電感應的電氣瞬變。分體式是將放置在稱重傳感器中的數(shù)字處理電路（例如A/D轉(zhuǎn)換）移至外部接線盒，然后將普通的模擬稱重傳感器連接至數(shù)字接線盒，并將其輸出傳輸?shù)街С衷O備通過數(shù)字信號。在稱重設備上。通常，模擬稱重傳感器加數(shù)字接線盒的方式稱為模塊化系統(tǒng)。模擬稱重傳感器基本上是人工生產(chǎn)的，人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響更大，而數(shù)字智能稱重傳感器基本上是自動化的生產(chǎn)，從而消除了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。數(shù)字智能稱重傳感器具有輸出信號大，抗干擾能力強，信號傳輸距離長，易于實現(xiàn)智能控制的特點。它廣泛用于大型和復雜的結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，例如電子平臺秤，電子卡車秤，電子料斗秤，集裝箱電子秤以及用于大永久載荷和小活載的特殊電子秤。NS-TH16系列智能（數(shù)字）稱重傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，強度大，安裝方便，抗震動和沖擊力強的特點。它采用先進的微處理技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)，全密封結(jié)構(gòu)，防水防腐蝕。各種各樣的自動控制系統(tǒng)，例如稱重和測力等自動控制組件。所以這設計使用這種類型的稱重感應器。3.礱谷機的介紹選定的HR10C是Satake的“蘇州”機械集團開發(fā)的最新型去皮機。它具有以下特征：1．脫殼率又高又穩(wěn)。本機采用自控操作。脫殼率約為90％，可以在生產(chǎn)過程中保持穩(wěn)定的脫殼率。2．易于操作和調(diào)整。該機通過桿間的壓力與料位裝置連。當物料用完時，可以立即松開卷筒，并且可以自動延遲進料卷筒。3．運行穩(wěn)定，已經(jīng)對機器的主要旋轉(zhuǎn)部件進行了動平衡測試，運行穩(wěn)定，振動小；

表5.1礱谷機主要參數(shù)型號HR10C加工能力長粒稻3-5t/h

短粒稻4-6t/h所需功率7.5kw-4p,52W+3.7kw-4p,0.1kw主軸轉(zhuǎn)速HU10FT1150轉(zhuǎn)/分

HA10W(2)1400轉(zhuǎn)/分橡膠輥尺寸直徑：10英寸，寬：10英寸橡膠輥硬度87°±5°凈重HU10FT410kg

HA10W(2)890kg4.碾米機介紹新型立式碾米機的設計思想是在立式碾米機中積累了近一百年的經(jīng)驗。該機器結(jié)合了許多最新的垂直磨削技術(shù)，廣泛應用于全美，歐州和亞洲國家的許多主要工廠。VTA系列用于加工不同等級的白米。它是現(xiàn)代大米加工業(yè)的理想設備。調(diào)查結(jié)果如下：1。加工收率高，破碎率低。在碾米過程中，采用了新研制的優(yōu)化碾米室，提升了稻谷產(chǎn)量，減少了粉碎，減少了水分損失2．易于操作和調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)出料口的壓力即可輕松獲得所需的磨削精度3．零件容易更換，沙棒可以很容易地從機器頂部拔出。篩片設計為從機器側(cè)面取出。無需拆下機架，即可快速方便地更換篩片。其所有部件易于操作和更換4．零件使用壽命長。由于美白腔內(nèi)均勻的低壓和特殊的熱處理工藝，可增長易損件的使用時間5．米糠在機器中的殘留量最小，增白室下部設有旋轉(zhuǎn)噴射器，有利于米獠順利排出機器6．碾白室的結(jié)構(gòu)是緊湊的。碾白室的特殊設計幾乎是傳統(tǒng)設備面積的兩倍，機器產(chǎn)量高而且占地面積也小

表5.2礱谷機主要參數(shù)型號VTA7C糙米處理量4-6(t/h)電機37kw-6p主軸轉(zhuǎn)速700r.P.m風量40m3/min靜壓-100--150mmAq外形尺寸1,447×850×1,989(mm)5.觸摸屏介紹本設計使用的是MCS觸屏，MCGS即監(jiān)控與控制通用系統(tǒng)。作為工業(yè)過程控制和實時監(jiān)控領(lǐng)域的通用計算機系統(tǒng)軟件，MCGS具有功能齊全，操作方便，可視性好，可維護性強的特點。MCGS提供了多種解決工程檢查問題的方法。從設備驅(qū)動程序（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理，報警處理，過程控制，動畫顯示，報告輸出，曲線顯示和其他鏈接，這里有大量的功能組件和通用圖形庫可供選擇。用戶只需要根據(jù)項目運營的需求和特點進行選擇，方案設計和配置完成后，即可生成用戶應用軟件系統(tǒng)。在大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設計中，觸摸屏的使用加深了自動化程度。我們不僅可以通過主機上PLC的在線監(jiān)控功能查詢加工情況，還可以通過MCGS的可視化圖像，實時的加工量和歷史加工量記錄直接獲取大米的加工過程。大米，并可以直觀地找到警報記錄。我們可以在觸摸屏上直接調(diào)整和設置加工材料的數(shù)量，極大地方便了加工生產(chǎn)線的運行。

系統(tǒng)的主要組件和功能要求如下。表5.3系統(tǒng)所需主要元器件及功能要求序號器件名稱規(guī)格數(shù)量性能1PLC控制器三菱FX-2N系列1控制大米加工工作流程2昆侖通態(tài)觸摸屏TPC7062KS1監(jiān)控生產(chǎn)流程3光電開關(guān)SA3M-1K2用于代替稱量漏斗和預計量漏斗檢測原料4稱重傳感器NS-TH161用來測稻谷的重量輸出0～10V量程：0～500Kg5真空泵1.5Kw1原料顆粒通過真空管被吸入到抽吸缸中6振動電機0.5Kw1電機的振動使碎米篩分7鼓風機3．7Kw1將谷糙通過鼓風分離8礱谷機HR10C1給稻谷脫殼9碾米機VTA7C1糙米5.2控制系統(tǒng)的硬件設技系統(tǒng)的硬件設計主要包括I/O點數(shù)的估計，模塊選擇，I/O地址分配和電路設計。5.2.1PLC控制系統(tǒng)I/O點數(shù)的估算根據(jù)PLC大米加工生產(chǎn)線的自動控制結(jié)構(gòu)圖和集中控制系統(tǒng)的工藝流程圖，大米加工生產(chǎn)線的集中控制系統(tǒng)需要兩個模擬輸入通道：一個稱重感應器檢測原材料重量，以及一個高壓感應器，用于檢測脫殼器中的壓力。該系統(tǒng)還需要6個電動機運行，因此需要連接接觸器線圈。也適用于大量電磁閥和少量開關(guān)及按鈕等裝置。下面列出了每個組件所需的功能以及所占用的PLC輸入和輸出點的數(shù)量，見表5.2，表5.3，表5.4從表中可以看出，本次設計的泡沫發(fā)泡機控制系統(tǒng)的輸入模擬量為2通道，輸入開關(guān)點數(shù)為6，輸出點數(shù)為22。表5.2模擬輸入和占用的PLC通道所需的每個組件的功能項目名稱模擬量輸入通道備注總通道稱量測量變送模塊1一次礱谷所需的原料顆粒重量1個通道表5.3開關(guān)輸入所需的每個組件的功能以及所占用的PLC點數(shù)項目名稱開關(guān)量輸入點數(shù)備注總點數(shù)按鈕3啟動與停止X點：7光電開關(guān)2檢測原料到位情況電動閥開關(guān)門到位2出料開關(guān)門情況控制表5.4每個組件的功能以及開關(guān)輸出所占用的PLC點數(shù)項目名稱開關(guān)量輸出點數(shù)備注總點數(shù)電磁閥16控制原料落入，空氣輸入等Y點：22報警1壓力過高時自動報警接觸器線圈8控制6臺電機的運轉(zhuǎn)5.2.2PLC及主要模塊的選型FX，2N的主機有多種型號和規(guī)格，以適應區(qū)別的控制情況。三菱廠FX-2N產(chǎn)品包括：FX-16MR、FX-32MR、FX-48MR、FX-64MR、FX-80MR、FX-128MR。FX-48MR系列產(chǎn)品交流能力強，通訊速度快，指令豐富。根據(jù)需要，本設計使用FX-48MR模塊，總I/O為48點。FX2N，48MR，001是日本三菱大學。根據(jù)需要，本設計采用FX-48MR模塊。總I/O為48點。FX2N-48MR，001是日本三菱公司的可編程控制器（PLC），具有24點用于繼電器輸出和輸入，以及24點用于輸出。FX2N是FX系列中功能最強大，最快的微型PLC。它具有內(nèi)置的8KB用戶存儲器，可以擴展到16K步長，并且可以擴展到256個I/O點。它具有多種可以實現(xiàn)高速計數(shù)的特殊功能，PID，A/D，D/A，以及其他特殊控制功能具有強大的數(shù)學指令集。通過通信擴展板或?qū)Ｓ眠m配器可以實現(xiàn)各種通信和數(shù)據(jù)鏈路。模擬信號是不斷變化的物理量，例如電流，電壓，體溫，高壓，位移，速度等。在工業(yè)控制中，為了收集這些模擬量并將它們發(fā)送到PLC的CPU，這些模擬量必須轉(zhuǎn)換為模擬量和數(shù)字量（A/D）。模擬輸入模塊用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為PLC可接受的數(shù)字信號。生產(chǎn)過程中模擬信號的類型很多，它們的類型和參數(shù)也不同。因此，通常通過現(xiàn)場監(jiān)控將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標準信號（例如Slilanka直流電流信號，5V、5V直流電壓信號等），然后發(fā)送到模擬輸入模塊以將模擬信號轉(zhuǎn)換為信號。數(shù)字信號。為了處理PLCCPU。模擬輸入模塊通常由濾波，模數(shù)轉(zhuǎn)換和其他部分組成。為了有效地防止電磁干擾，多通道模擬輸入單元通常具有用于通道切換的多通道開關(guān)，并且輸出端子配備有多通道開關(guān)。模擬輸入模塊提供電壓信號和電流信號輸入端子。輸入信號經(jīng)濾波、放大、模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量信號，再經(jīng)光耦合器進入PLC內(nèi)部電路本設計使用FX2N-4AD的4通道模擬專用模塊。FX2N-4AD模擬專用模塊具有四個輸入通道。輸入通道接收并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這稱為A/D轉(zhuǎn)換。FX2N-4AD的最大分辨率為12位。根據(jù)電壓或電流輸入，通過用戶接線完成輸出選擇?？捎玫哪M值范圍是-10V至10VDC（分辨率：5mv）或4至20mA，-20至20mA（分辨率：20μA）FX2N-4AD和FX2N主機通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N-4AD具有32個緩沖存儲器（每個16位）。FX2N-4AD占FX2N總擴展路線的8分。這8個點可以分為輸入或輸出。FX2N-4AD使用FX2N的主機作為有源擴展單元，具有5V電源和30mA電流。5.2.3控制系統(tǒng)的I/O地址分配根據(jù)以上對I/O點的估計，根據(jù)控制計算機的要求，使用PLC監(jiān)視的信號分布，考慮每個輸液輸出點的性質(zhì)，將輸液輸出點分為幾部分。相應的PLC輸入和輸出地址分配請參見表3.5。表3.5輸入輸出信號地址分配表輸入輸出序號名稱I分配序號名稱Q分配S1系統(tǒng)啟動X0KV13排氣電磁閥Y0S2系統(tǒng)停止X1KV1吸料漏斗開關(guān)門電磁閥Y1S3系統(tǒng)緊急停止X2KV2預量漏斗開關(guān)門電磁閥Y2S4觸摸屏集中控制X3KV3預量漏斗高壓空氣電磁閥Y3S5行程開關(guān)1X4KV4Y4S6行程開關(guān)2X5KV5稱量漏斗高壓空氣電磁閥Y5S7光電開關(guān)X6KV6Y6KV7稱量漏斗開關(guān)門電磁閥Y7KV8礱谷缸高壓空氣電磁閥Y10KV9Y11KV10壟谷缸開關(guān)門電磁閥Y12KV11碾米缸高壓空氣電磁閥Y13KV12Y14KV14空氣電磁閥Y15KV15電動閥Y16KV16吸料漏斗高壓空氣閥Y17LH1閥門受阻報警Y20KM1抽真空Y21KM2攪拌機運行Y22KM3鼓風機運行Y23KM4振動電機運行Y24KM5壟谷電機運行Y25KM6碾米電機運行Y26KM7出料開關(guān)門電動閥正轉(zhuǎn)Y27KM8出料開關(guān)門電動閥反轉(zhuǎn)Y305.2.4控制系統(tǒng)電路設計為了確保大米加工集中控制系統(tǒng)的高度可靠性，在系統(tǒng)設計過程中采取了一系列控制措施。如直流電源輸出口與反向二極管續(xù)流電路并聯(lián)，交流電源輸出口與RC并聯(lián)形成續(xù)流電路，預防停電產(chǎn)生壓力，損壞PLC輸出口。向PLC供電時，是通過ARV調(diào)節(jié)電源向PLC供電。高精度全自動交流穩(wěn)壓器AVR系列是引進臺科技，結(jié)合中國實際供電情況設計開放的新型高精全自交流穩(wěn)壓器。該產(chǎn)品具有容量大，精度高，波形不失真，過壓，欠壓和自動過載保護的特點。使用安全可靠，維護方便。這不僅可以防止觸電事故的發(fā)生，而且可以確保整個控制系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性。給每個電動機供電時，在斷路器，接觸器和熱繼電器之后向電動機供電。這樣，它可以快速自動保護電路免受常見故障的影響，例如過壓，過流，過載和欠壓。

第6章控制系統(tǒng)的軟件設計6.1PLC控制系統(tǒng)流程圖稻米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)設計稻米加工生產(chǎn)線根據(jù)設計要求，PLC實現(xiàn)以下功能：真空吸料：用alpine機將要加工的原料吸進吸漏斗中，以確保原料的供應稱重設置：面板手動設置一次性加工的大米需求量，通過稱重感應器實現(xiàn)自動稱重控制壟谷控制：檢測原材料在壟谷筒內(nèi)的位置，達到設定值后實現(xiàn)自動脫殼控制接收大米：大米去殼后，進入鼓風機進行谷物分離，分離出的大米進入碾米罐進行進一步處理。加工完成后，滾筒門自動打開，篩好的大米通過高壓空氣送入筒倉。根據(jù)系統(tǒng)過程的控制要求，可以編寫詳細的控制系統(tǒng)流程圖。系統(tǒng)流程圖如圖所示6.2PLC常用的程序設計方法在軟件編程過程中，有必要選擇可以反映交付過程的已更改參數(shù)作為控制參數(shù)。正確處理執(zhí)行設備和編程元素之間的互鎖關(guān)系。有許多用于軟件程序的設計方法。常用的設計方法包括經(jīng)驗設計方法，順序功能圖設計方法等。經(jīng)驗設計法體驗設計方法要求設計人員具有豐富的實習經(jīng)驗，并掌握典型應用程序的更多基本鏈接。根據(jù)控制對象對控制系統(tǒng)的特定要求，通過經(jīng)驗選擇基本鏈接，并將它們有機地結(jié)合起來。設計過程逐漸得到改善，通常很難獲得最佳解決方案。程序的初步設計完成后，需要反復調(diào)試，修改和改進，直到滿足受控對象的控制條件為止。實證設計方法不規(guī)范，沒有遵循的普遍規(guī)律，具有一定的探索性和隨機性。對于相同的受控對象，設計的程序不是唯一的。程序設計的質(zhì)量與設計師的經(jīng)驗有關(guān)。對于復雜的控制系統(tǒng)的設計，由于復雜的聯(lián)鎖關(guān)系，通常難以掌握經(jīng)驗設計方法，設計周期長，設計的程序可讀性差，即使對于有經(jīng)驗的工程師也很費時間閱讀它。同時，這也給以后的產(chǎn)品使用和維護帶來很多不便。對于簡單控制系統(tǒng)的設計，經(jīng)驗設計方法簡單易實現(xiàn)，效果明顯。對于某些舊設備的改造，也可以使用經(jīng)驗設計方法。您可以參考原始設備的繼電器控制電路圖，并綜合考慮對原始設備的特性進行修改和改進，以便輕松獲得滿足控制要求的程序。順序功能圖法順序功能圖（SFC，SequentialFunctionChart）已經(jīng)用IEC指示器語言編寫了一個復雜的順序控制程序。使用這種出色的編程方法，初學者可以輕松編寫復雜的序列控制程序，從而大大提高了工作效率，并為調(diào)試和試運行帶來了極大的便利。順序功能圖用于描述控制系統(tǒng)的控制過程，功能和特性，而不是系統(tǒng)的特定技術(shù)。動作功能（或命令）組成。順序功能圖的指令可以由梯形圖表示。在順序功能圖中，將狀態(tài)視為控制過程，并按順序?qū)斎霔l件和輸出控制進行排序。該控件的最大特點是，在進行過程時，它不連接到先前的過程，并且可以按照每個過程的簡單順序來控制設備。大米加工生產(chǎn)線的集中控制系統(tǒng)可以選擇通用梯形圖或順序功能圖，最后選擇經(jīng)典梯形圖。6.3系統(tǒng)程序的編寫大米加工生產(chǎn)線集6.3.1主要程序模塊1．報警系統(tǒng)如果PLC控制系統(tǒng)發(fā)生任何事故或故障，應發(fā)出警報信號，通常是聲光警報信號。在整個過程中，必須注意實時報警檢查，因為在整個過程中，如果中間出現(xiàn)故障，如果整個過程都會對整個大米加工生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)造成很大的損失。無法及時檢測和處理。2．真空抽吸待送原材料通過真空管由真空管吸入吸料斗，保證原材料供應。真空泵的工作狀態(tài)為：KV1吸料斗開閉電磁閥關(guān)，吸料斗內(nèi)原材料未滿（光電開關(guān)1測）。假如要求滿足，開機真空泵。原材料滿后，關(guān)閉真空泵。等待條件滿足后繼續(xù)操作。3．原料從吸料斗進入預計量料斗從KV1開始，原料從吸氣漏斗進入預計量漏斗。打開KV1的條件是：吸料斗已滿（由光電開關(guān)1測量），料斗的預期量未滿（由光電開關(guān)2測量），電磁閥KV2關(guān)閉。原料滿后，關(guān)閉。4．原料從估計數(shù)量的漏斗進入稱重漏斗打開電磁閥KV2和高壓空氣閥KV3，KV4，原料從預料斗進入稱重料斗。原料進入稱量漏斗的條件是：預稱重漏斗中充滿了原料，稱重漏斗為0，電磁閥KV7關(guān)閉。稱量原料后，關(guān)閉電磁閥KV2和高壓空氣閥KV3和KV4。5．原材料從稱重漏斗進入壟谷缸打開電磁閥KV7，KV8和高壓空氣閥KV5，KV6，原料從稱重漏斗進入礱谷缸。原料進入山脊谷罐的條件是稱量漏斗中的原料已稱重，出料門關(guān)閉到位，高山罐的最終狀態(tài)為卸貨。卸載原料（稱重0）后，關(guān)閉電磁閥KV7，KV8和高壓空氣閥KV5，KV6。6．壟谷缸控制原料進入礱谷缸后，當內(nèi)部壓力達到要求時，礱谷電動機啟動。礱谷部分結(jié)束后，關(guān)閉礱谷電動機，然后打開卸料門，打開風扇以抬起谷物并分離，打開高壓電磁閥KV11，KV12和電磁閥KV9空氣，然后將糙米送入碾米罐。排放完成后，關(guān)閉KV11，KV11和電磁閥KV9KV12電磁閥以及高壓空氣閥KV10。7．碾米缸控制糙米進入碾米缸后，在確保加料完成后，KV11，KV12和高壓空氣電磁閥KV9，KV10均關(guān)閉，碾米電動機啟動。達到設定時間后，自動關(guān)閉碾米電機，并打開振動電機。加工過的大米經(jīng)過振動篩分，選定的合格大米通過高壓空氣送入料倉。6.3.2模擬量輸入的編程稱重傳感器模擬量輸入稱重傳感器量程：0～500㎏,電壓輸出：0～10v，要求重量值0㎏，300㎏。第一步是找到與0㎏和300㎏相對應的電壓值x;第二步是根據(jù)電壓值計算相應的轉(zhuǎn)換值y。,,

第7章遠程監(jiān)控界面的設計大米加工生產(chǎn)線集中控在MCGS嵌入式版本中可以有多個用戶窗口和多種操作策略，在實時數(shù)據(jù)庫中可以有多個數(shù)據(jù)對象。嵌入式版本的MCGS利用主控制窗口，設備窗口和用戶窗口來構(gòu)成應用程序系統(tǒng)的人機交互圖形界面，配置各種類型或區(qū)分功能不同的對象或組件，并可以直觀地處理實時數(shù)據(jù)。7.1系統(tǒng)操作界面的設計進入MCGS嵌入式配置環(huán)境后，單擊工具欄上的“新建”按鈕，或在“文件”菜單中執(zhí)行“新建項目”命令。首先，將出現(xiàn)一個彈出窗口，如下圖所示，包括兩個方面：TPC類型選擇（類型中列出了所有TPC類型供選擇），項目背景選（新項目中所有用戶窗口的背景色，在配置項目過程中，用戶能根據(jù)需要更改相應窗口屬性中的背景色，不受影響）。7.1.1組態(tài)用戶窗口嵌入式版本的MCGS以Windows為單位構(gòu)建應用程序系統(tǒng)的圖形界面。創(chuàng)建用戶窗口后，放置各種類型的圖形對象并定義相應的屬性，以向用戶提供美