李宏希+基于PLC和组态粮仓温度控制系统Word文档格式.docx
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摘要
目前，PLC技术和组态技术在各行各业得到了广泛应用，并且发展非常快。
与传统的继电器相比，PLC技术在粮仓温度控制系统中的应用可以有效解决使用过程中生产粮食发霉、可靠性低等缺点。
粮食在存储期间，由于环境、气候和通风等因素的变化，粮仓内温度会发生异常，这极易发生粮食的腐烂或发生虫害，因此，在粮仓对温度控制极为重要。
本文主要采用三菱FX-2NPLC技术对系统控制部分进行编程并运用组态王软件对其运行模拟。
第一章介绍了粮仓温度技术现状以及研究目的和意义；
第二章是系统的总体设计任务，硬件设计方案和软件设计方案；
第三章主要是对系统的硬件设计进行分析，包括系统元件的选型和硬件电路的实现；
第四章是控制部分，编写PLC控制粮仓温度的相关功能程序；
第五章是运用组态软件进行模拟运行；
第六章是对全文的总结。
关键词：
粮仓；
PLC控制；
自动化；
组态王
ABSTRACT
Atpresent,PLCtechniqueandconfigurationtechnologyhasbeenwidelyappliedinallwalksoflife,anddevelopingveryfast.Comparedwiththetraditionalrelay,PLCtechnologyinthegranarytemperaturecontrolsystemcaneffectivelysolvethemoldy,lowreliabilityofgrainproductionintheuseprocess.Thefoodinthestorageperiod,duetochangesintheenvironment,climateandventilationandotherfactors,thegranarytemperaturebeabnormal,itpronetofooddecayorpests,therefore,inthegranaryoftemperaturecontrolisveryimportant.
ThispapermainlyusesFX-2NPLCtechnologytoMitsubishiprogrammingforthesystemcontrolpartandtheuseofKingviewsoftwarefortheoperationsimulation.Thefirstchapterintroducesthepresentsituationofthegranarytemperaturetechnologyaswellasthepurposeandsignificanceofthestudy;
thesecondchapteristheoveralldesignofsystem,hardwareandsoftwaredesignscheme;
thethirdchapterismainlyonthehardwaredesignofthesystemareanalyzed,theselectionandhardwarecircuitincludesthesystemcomponents;
thefourthchapteristhecontrolsection,preparationofPLCfunctionprogramcontroltemperature;
thefifthchapteristosimulatetheoperationbyusingconfigurationsoftware;
thesixthchapteristhesummary.
Keywords:
Granary；
PLCcontrol；
Automation；
King-view
目录
第一章绪论1
1.1粮仓温度控制系统现状1
1.2粮仓温、湿度控制系统研究的目的和意义1
1.3可编程逻辑控制器的介绍2
第二章系统总体设计方案4
2.1工作任务分析4
2.2系统硬件方案设计4
2.3系统软件方案设计4
2.4系统需求分析及设计思路5
2.4.1系统需求分析5
2.4.2系统设计思路5
第三章系统硬件设计7
3.1PLC的选型7
3.2谷物冷却机的选择7
3.2.1谷物冷却机的结构及工作原理7
3.3传感器的选择9
3.4系统硬件设计电路与实现10
3.4.1系统硬件结构图10
3.4.2PLC外部接线图10
第四章系统程序设计12
4.1控制系统的基本原则与步骤12
4.2梯形图设计14
4.2.1初始化程序14
4.2.3粮仓温度控制主程序15
4.2.4闪烁报警程序17
4.2.5计数显示程序17
4.2.6数据传送控制18
第五章基于组态王的粮仓温度控制系统监控程序设计19
5.1组态软件介绍19
5.1.1概述19
5.1.2组态软件的功能及特点19
5.2主控界面的程序设计19
5.3监控主界面22
5.4实时趋势曲线22
5.5历史趋势曲线23
5.6报警窗口23
5.7主页画面的制作24
第六章总结25
参考文献26
附录27
致谢30
第一章绪论
1.1粮仓温度控制系统现状
网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域，因此，粮情检测技术粮情检测属监控系统范畴，近年来，由于计算机技术、超大规模集成电路技术和的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。
近年来，随着PLC和组态功能的日益强大和计算机的广泛应用，粮情检测的准确性、稳定性要求越来越高。
寻找最佳配置和最好的性价比成为粮情监测研究的热点国外在粮情监控技术上已达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统。
这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片，转换、温度补偿等功能。
由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。
目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块、中继器、接插器、分线器等，技术也比较成熟。
数字传感技术、通信技术、计算机成为当今信息技术的的三大基础，计算机监控技术已成人们关注的热点。
1.2粮仓温、湿度控制系统研究的目的和意义
科学储粮是粮食生产的一个重要环节，若管理不当，粮食发霉或生虫会造成极大浪费。
粮库管理中最重要的问题是监测粮堆中的温度变化。
粮库一般由几十个甚至上百个由水泥或钢板构成的圆型仓组成，仓高为3-4m。
现在，我国在粮仓建设上己实现规范化，但是监测手段一直未能实现同步现代化。
我国许多储备粮库每年都因测控设备的不完善而导致部分粮食霉变，许多大型储备粮库的测控设备仍需高价进口，因此国家准备在未来的几年内对全国所有的粮库进行翻新和改造工作，要求规范粮库管理，实现粮库管理现代化。
粮食储藏是国家为防备战争，灾荒或其它突发性事变而采取的有效措施，因此粮食的储藏有重要意义。
影响粮食安全储存的主要参数是粮食的温度和湿度。
这两者之间又是相互关联的。
粮食在正常储藏过程中，含水量一般在12%以下是安全的，不会发生温度突变，一旦粮库进水，结露是粮食的含水量达到20%以上时，由于粮粒受潮胚芽萌发，新陈代谢加快而产生呼吸热是局部粮食温度突然升高，必然引起粮食霉变，可能造成无法挽回的损失因此设计出一种经济适用的粮仓温湿度智能检测系统是非常有必要的。
PLC和组态自诞生以来给全世界人类的生活和工作起到了剧烈的作用，利用PLC和组态进行温湿度检测、处理和显示具有实时性好、成本低、稳定性高等优点。
通过该系统的设计，这样他们的就业面会更加宽广，也可以满足当今社会对PLC和组态开发人才的大量需求.。
1.3可编程逻辑控制器的介绍
可编程控制器（ProgrammableController）简称PLC，是一种工业自动控制通用装置，核心是微处理器。
它的作用是以软件来代替硬件设备实现逻辑控制。
随着这种技术的不断发展，在通用性、可靠性等方面都有了很大的提高，如今，可编程控制器在自动化领域应用十分广泛。
可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，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指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计的。
可编程控制器具有以下特点：
①可靠性高，抗干扰能力强；
传统的继电器控制系统中大量应用的时间继电器、中间继电器，存在触点接触不良隐患，故障频出。
可编程控制器用软件代替这部分中间继电器和时间继电器，剩下的只有与输入和输出相关的少量硬件，不仅接线数只有继电器控制系统的1/10~1/100，而且因触点接触不良造成的故障大大减少了。
高可靠性是评价电气控制设备性能的重要指标。
PLC采用的是大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路经过先进抗干扰技术处理，可靠性很高。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC内有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
②硬件配套齐全，功能完善，适用性强；
今天的PLC，已经标准化、系列化、模块化，具有大、中、小各种规模的系列化产品，并且配备有各种硬件装置为用户提供更多选择，使在用户进行系统配置时更加的灵活方便，组成功能各异、规模不同的系统。
PLC的安装、接线也很方便，输入端和输出端明显区分。
具有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，在工业控制生产中被广泛应用。
现代PLC不仅有逻辑处理功能，大多还具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC在位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中都有所应用。
人机界面技术的发展与PLC通信能力的结合，使用PLC在组成各种控制系统时变得非常容易。
③易学易用，深受工程技术人员欢迎；
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
④系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造；
PLC的梯形图程序编程方法很有规律，很容易掌握，一般是采用顺序控制设计法。
对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间要比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC采用的是存储逻辑，相比接线逻辑，控制设备外部的接线数量大大减少了，控制系统设计及建造的周期也大为缩短，同时维护也更加容易。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这一特点适合多品种、小批量的生产场合。
⑤体积小，重量轻，能耗低；
新近出产的超小型PLC底部尺寸小于100mm，大小仅相当于几个继电器，它的推广使开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
重量小于150g，同时功耗仅数瓦。
第二章系统总体设计方案
2.1工作任务分析
本设计系统的主要任务是以三菱FX-2N系列PLC作为系统的处理核心，在加以运用行程开关、传感器等元器件将生产过程中所产生的信号处理后在送给PLC处理器，在此基础上由PLC处理器对数据进行运算，然后输出驱动信号来实现饮粮食存储过程中的作业。
该系统的总体设计思路：
该粮食存储温度控制系统采用全自动控制，当系统上电时，系统对温度实现自动控制；
通过启动、停止按钮来控制驱动电动机的启动和停止，然后对粮仓的温度进行控制，运用PLC内部自带的计数器对温度进行计数显示。
2.2系统硬件方案设计
中央粮食储备库监控与电气系统，主要由监控系统和电气系统组成，监控系统包括仓容管理。
粮库把收购的粮食经过烘干以后即进入粮仓，在一定的温度下进行保存，温度超过标准时需要进行冷却粮仓的温度，通过温度控制系统才可把粮食安全的存储在粮仓中。
因此，在粮仓中进行温度的控制有着非常重要的作用。
粮仓内的温度是通过可编程控制器进行控制的，同时也可以现场人工手动控制。
在触摸屏上可以通过选择项进行功能选择，进入后，可编程控制器根据工艺要求自动进行控制。
电器系统由低压控制柜、现场按钮箱等组成。
现场按钮箱可进行现场手动操作，低压控制柜给主电路供电，手动或自动的控制，通过主电路来实现现场控制站可用三菱PLC控制现场控制温度器、加热器、谷物冷却机的启动运行，以及报警等功能的反馈信号，实现自动化控制。
2.3系统软件方案设计
PLC梯形图程序一般主要运用经验设计法编写，是根据系统所实现的功能，画出相应的流程图，根据流程图进行系统编程。
往往这种方法具有很大的不确定性，结果一般都不唯一。
一般来说，经验设计法是其他设计方法的基础，同时也是最广泛、最有效的一种设计方法，主要用于PLC梯形图的设计。
以下是经验设计法的四个基本步骤：
（1）控制模块划分。
在了解了控制要求后，可以划分控制要求是由几个模块组成，以及各个模块要实现的功能。
（2）功能及端口定义。
确定PLC的输入输出端口号，并且根据端口号画出PLC的外部接线图。
（3）功能模块梯形图程序设计。
根据系统实现的功能运用三菱PLC软件得出梯形图。
（4）程序综合，最终画出梯形图。
2.4系统需求分析及设计思路
2.4.1系统需求分析
粮温的高低，直接影响到贮粮的安全。
在一定的温度范围内，粮食的呼吸强度随着温度的上升而增加，粮食的劣变速度也随着温度的上升而加快。
实验表明，常温下贮藏的小麦经过一段时间都会导致品质下降，在化学成分上一般是干物质的分解，而在低温下（指5-18℃以下）贮藏的粮食，其劣变速度明显减缓。
另外，在低温下贮藏粮食，可以保持其新鲜程度，改进粮食的工艺、食用和烘焙品质。
低温还能抑制虫、霉的生长，对安全贮粮十分有利。
因此，在生产实践中常常使用低温贮粮技术解决面粉、大米等成品粮度夏难的问题。
粮食入库后，正常的粮温主要随大气温度的变化而变化，即气温影响仓温，仓温影响粮温。
但由于仓库具有一定的密闭、隔热性能，粮堆又是热的不良导体，粮温、仓温的升降速度及升降幅度均滞后于气温。
粮温受气温影响的大小，还与粮堆的孔隙度和仓库的隔热和密闭性能、堆装方式以及入库的时间等多种因素有关。
因此，在分析粮温变化时，必须综合多方面的情况加以考虑，才能准确地判断粮温是否正常，以便及早发现问题，做好预防工作。
2.4.2系统设计思路
被控对象为粮仓内温度，温度传感器检测粮仓内的温度，经温度变送器将温度值转换成4-20mA
的电流压信号送入PLC模块。
PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现粮仓温的控制。
系统硬件框图结构如图2-1所示:
图2-1
第三章系统硬件设计
3.1PLC的选型
根据粮仓温度控制系统示意图，可以确定出输入/输出接口（I/O）数量。
PLC控制系统的输入信号有9个，控制系统的输出信号有10个。
在设计中输入、输出点数量总计19个，在PLC型号中，FX2N-32M有32个输入输出点。
选择FX2N-32M型号的PLC即可以满足要求，也便于扩展，故在此选择型号为FX2N-32M，再依据系统所要实现的性能和要求，可以确定PLC输入/输出端口的地址分配如表3-1所示。
表3-1PLCI/O端地址分配表
输入信号
输出信号
名称
SB0
SB1
ST0
SB3
SB4
SB5
SB6
SB7
SB10
功能
启动按钮
停止按钮
程序开关
温度传感器
给定温度1
给定温度2
谷物冷却机
炉温加热器
手动复位
端子号
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X10
KM1
YV1
HL2
HL3
HL4
HL5
HL6
HL7
HL10
HL11
电机继电器线圈
冷却机电磁阀
1低温显示
2低温显示
1高温显示
2高温显示
系统上电显示
系统报警显示
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y10
Y11
3.2谷物冷却机的选择
目前在市场上谷物冷却机分为移动式冷却机和固定式冷却机两种，按照系统的控制要求和工作环境，并考虑到实用性和经济行等特点，在此次设计中我选择固定式冷却机。
3.2.1谷物冷却机的结构及工作原理
谷物冷却机的散热结构，包括有一机体，该机体的上部的中空腔体内排列有冷凝器和压缩机，该机体的上顶至少设有一个排风口，该排风口的开口向上。
排风口内可设有强制排风扇。
由于本实用新型将强制散热排风口设置于冷凝器的上方，并藉由风扇将冷凝器热量强制从上方排出。
利用热气上升的自然规律，加快气体循环，将冷凝器的热量顺利畅快排出，而且不再会集于冷却机的周围形成不利于散热的区域性高温环境，有利于冷凝器的热交换。
在冷却机的结构设计中充分考虑到我国的气候条件和用户的使用要求，使产品不论在夏季高温、高湿条件下，还是在较低温、湿度条件下，都能安全可靠地运行，而且能保持较高的运行效率。
对各零部件进行了以下独特设计：
1.风冷冷凝器：
当南方夏季甚至在夏秋之交气温较高时，该风冷冷凝器可保持相对较低的冷凝压力；
在春秋气温较低时，冷凝器负荷大幅减少，冷凝器若不进行有效调节，冷凝压力大幅度下降，甚至还会影响膨胀阀正常工作，造成压缩机回液、蒸发器结霜的恶劣后果。
该风冷冷凝器采用多台轴流风机，可根据环境温度自动调节开启台数，既节能，又能保持合适的冷凝压力。
为提高制冷效果，还专门设计了过冷装置。
2.蒸发器：
除湿量大，换热效果好，可满足各种工况的需要。
防结霜装置的设置可有效地防止蒸发器结霜，大大提高了谷物冷却机运行的可靠性。
为保证被处理的空气尽可能接近露点，在蒸发器的选材和结构上做了特殊处理，全封闭结构设计，大量的凝结水通过带有水封的管子直接排至机外，可全天候工作。
3.压缩机：
选用BRISTOL全封闭式制冷压缩机，体积小，噪声低，运行可靠。
为了防止压缩机空气回流，造成压缩机损坏，确保压缩机的安全运转，在吸入口加装了回气罐。
为实现无级能量调节，回路设有热气旁通装置。
4.离心风机：
其压头大，供风量范围宽，可适合不同仓型的需要。
风机配有风量调节装置，可根据冷却空气温度的变化，自动调节风量。
5.过滤器：
采用可拆换式过滤器，安装在机组的进风口处，可有效地除去空气中的大部分灰尘。
采用谷物冷却机冷却储粮与低温仓储粮（机械制冷或自然冷冻）有共同的作用，但不需要专门建造低温仓；
无结露现象，有降水作用，保持低温时间较长，有利于防止筒仓结露，是处理高水份粮的应急措施；
且耗电量低；
因此，具有广泛的应用前景。
我们相信这一国产化储粮新技术一定会在我国的粮食储备方面发挥其重要的作用。
3.3传感器的选择
工业控制系统的快速发展与传感器的发展是分不开的。
伴随着这些系统能力的增强，传感器的作用变的越来越重要，传感器几经成为自动化系统和机器人技术中的关键部件。
传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术。
计算机和通信技术发展极快，相当成熟，而传感器应用技术因为需要使用模拟技术，而模拟技术还有很多问题难以解决，因此传感器应用技术也有待进一步发展。
为了适应现代科学技术的发展，世界众多国家都把传感器技术列为现代的关键技术之一。
通常将能把非电量转换为电量的器件称为传感器，其实质上是一种功能块，作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。
它是实现测试与自动控制系统的首要环节。
如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量，那么无论是信号转换或信息处理，或者最佳数据的显示和控制都将无法实现。
温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。
温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：
传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换；
模拟集成温度传感器/控制器；
智能温度传感器。
目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化、智能化及网络化的方向发展。
温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器两大类，其中，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这个示值即为被测对象的温度。
这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。
但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。
非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。
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