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plc在谷物烘干机自动控制中应用
PLC在谷物烘干机自动控制中应用
摘要
谷物烘干机是一种自动化程度要求较高的机电设备，应用于农业生产中农作物烘干领域；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障率高，检修周期长。
随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。
近年来，PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。
因此在工业控制领域，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
PLCINTHEDRYERINTHEAUTOMATICAPPLICATION
ABSTRACT
Inrecentyears,PLCautomaticallycontroltheindustryandapplication,itisincontroloftheperformance,thecycleandhardwarecostoftheaspectsofthecomprehensiveandotherindustrialcontrolproductsincomparable.Forindustrialcontrol,powerelectronictechnology,programmablecontrollertocontrolthedevelopmentofthePLCtothecoreoftheelectricalcontroltechnologyinvarioustypesofmechanicalequipmentintheuseofmoreandmorewidespread,itwillgraduallyreplacethetraditionalrelayscontrolsystemforcommunicationinthemainstreamoftheelectricalcontrol.PLCindustryinrecentyearsinthecontrolandwideapplicationintocontroltheperformance,thecycleandhardwarecostoftheaspectsofthecomprehensiveandotherindustrialcontrolproductsincomparable.thisthesisdealswithPLCprogrammablecontrollerforthedryermachineisautomaticallycontrolled:
mainlyintroducesthedryerprocess,PLCcontrolsystemdesignandthestructure,proceduresetc.
KEYWORDS:
PLC,graindryingmachine,automaticcontrol
目录
前言1
第1章方案的比较及PLC的发展趋势2
1.1谷物烘干机的介绍2
1.1.1PLC控制电路的优点2
1.1.2PLC的发展趋势3
第2章PLC简介4
2.1PLC概述4
2.1.1PLC的基本组成4
2.1.2PLC各部分的作用4
第3章谷物烘干机机构及其烘干原理7
3.1干燥工艺与流程7
3.2主要结构与工作原理8
3.2.1谷物烘干机的结构8
3.2.2谷物烘干机的工作原理8
第4章谷物烘干机控制系统设计10
4.1控制系统的硬件设计10
4.1.1系统机型选择与配置10
4.1.2定义号分配10
4.2控制系统的软件设计11
4.2.1程序框图11
4.2.2梯形图与程序12
结论15
谢辞16
参考文献17
附 录18
外文资料翻译21
前言
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，各种形式谷物烘干机源源不断的推向市场。
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。
PLC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。
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。
本文主要要探讨用PLC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。
第1章方案的比较及PLC的发展趋势
1.1谷物烘干机的介绍
谷物烘干机是一种自动化程度要求较高的机电设备，应用于农业生产中农作物烘干领域；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障率高，检修周期长。
随着技术的进步，这类控制系统以显示出越来越多的弊端。
近年来PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。
如果用PLC控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。
1.1.1PLC控制电路的优点
PLC控制电路相对于继电器控制电路的优点：
1．控制方式上看：
电器控制是硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而PLC是软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。
2．工作方式上看：
电器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制约。
3．控制速度上看：
电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，故而无抖动一说。
4．定时、记数看：
电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。
5．可靠、维护看：
电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠性、维护性能差；PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。
因此在工业控制领域，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。
1.1.2PLC的发展趋势
1.发展方向为高功能、高速度和大容量，形成与DCS相抗争的大系统。
2．网络化和强化通信能力是PLC重要发展方向。
网络动态化己经很成功，并且现场总线技术（Profibus）在工业控制中也得到了越来越来越广泛的应用。
使得PLC通过现场总线能构成更加灵活实用的分布式网络。
3．编程语言多样化：
SFC因有不少优点而成为编程语言的一个重要发展方向；大型PLC正越来越多地使用C、BASIC等高级语言编程；采用多种语言联合编程。
4．PLC和其他工控机联合，PLC和其他控制系统之间界限越来越模糊，在应用方向也出现了类似的情况。
最流行的向PC技术融合，PLC日益加速渗入到DCS和CNC的领地。
PLC自身控制也分散化。
相对PLC为基础的控制器，优势在小型PLC上。
第2章PLC简介
2.1PLC概述
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种机械的生产过程。
2.1.1PLC的基本组成
PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。
按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。
1．整体式PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。
另外还有独立的I／O扩展单元与主机配合使用。
主机中，CPU是PLC的核心，I／O单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
2．组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I／O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。
装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。
CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m。
无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。
2.2.2PLC各部分的作用
1．中央处理单元（CPU）
CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。
它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务：
a．接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；
b．诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误；
c．用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来；
d．PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；
e．将用户程序的执行结果送至输出端。
现代PLC使用的CPU主要有以下几种：
a．通用微处理器，如8080、8088、Z80A、8085等。
通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。
b．才单片机，如8051等。
单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。
c.位片式微处理器，如AMD2900系列等。
位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。
它主要追求运算速度快，它以4位为一片。
用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。
改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。
位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。
这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作PLC使用。
2.存储器
根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种：
a.系统程序存储器：
和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。
系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM。
b.序存储器：
用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。
由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。
由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池（锂电池）保护RAM，以兔电源掉电时，丢失用户程序。
当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM。
目前较先进的PLC（如欧姆龙公司的CPMIA型PLC）采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。
c.作数据存储器：
工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。
这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。
在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。
3.I／O单元
I／O单元也称为I／O模块。
PLC通过I／O单元与工业生产过程现场相联系。
输入单元接收操作指令和现场的状态信息，加控制按钮、操作开关和限位开关、光电管、继电器触点、行程开关、接近开关等信号，并通过输入电路的滤波、光电隔离利电平转换等将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。
输出单元将CPU送出的弱电控制信号通过输出电路的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀、电磁铁等执行元件。
第3章谷物烘干机机构及其烘干原理
3.1干燥工艺与流程
采用采用较低的热风温度（50-60℃）烘干谷物，加热与缓苏在同一机体内进行，采用较短的加热时间（约8分钟）和较长的缓苏时间（约l小时）处理仓内谷物，加热缓苏不断循环直至达到所要求的最终水份为止，工艺流程如图3-1所示：
图3-1谷物烘干机工艺流程
3.2主要结构与工作原理
3.2.1谷物烘干机的结构
谷物烘干机主要由热风炉、提升机构和传输机构及烘干主机组成，以下是各个主要部分的结构介绍。
1.热风炉
热风炉部分主要由点火变压器，燃油控制开关、小火电磁阀、大火电磁阀以及引风机组成。
它是干燥设备的主要工作部件之一，作为干燥粮食的热源，其目的是把干燥介质由较低温度加热到较高温度，提高干燥介质吸收水分的能力，然后由送风系统将其输入到干燥室中以达到干燥粮食的目的。
在烘干的时候，先启动引风机来吹散炉膛内可燃性气体，防止点火时候发生爆炸，接着点火变压器通电产生高压点火花，同时打开燃油控制开关及电磁阀进行点火，点火成功以后引风机便将热风吹入烘干仓，热风的温度由电磁阀的开度来控制。
2.传输机构
传输机构通常采用斗式提升机、上绞龙、下绞龙以及排粮轮组成。
提升机采用纤维尼龙复合斗并且用薄型皮带传动，由电机拖动他。
3.主机
主机上部分为缓苏段，下部分为干燥段。
在干燥段内，由8张平行排列的孔板将干燥段分成两个热风室、四个谷物通道和三个废气室。
热风室和废气室之间为谷物通道。
3.2.2谷物烘干机的工作原理
装粮时，料斗中的谷物通过提升机，将谷物提到主机仓顶，再通过上搅龙将谷物送人干燥箱体直到装满。
烘干时，排粮机构不间断地将干燥段底部的谷物排给下搅龙，下搅龙将谷物送给提升机提升至上搅龙，再由上搅龙将谷物送人缓苏仓，缓苏仓的谷物在自重作用下，从上到下慢慢地移至四个干燥段，谷物进入干燥段的瞬间至第二次进入干燥段的瞬间为一个循环。
经热风炉间接加热后的空气，在离心式引风机作用下，被送人干燥段热风室，热风自热风室连续横向穿过干燥段的薄谷层，热风流动的方向与谷物移动方向互呈交叉，热风气流与谷物获得较充分的接触，使谷物加热、升温、降水，谷层干燥后的废气由废气室排出机外。
这样周而复始地实现循环干燥，直至谷物含水量符合所要求的人仓标准为止。
谷物进人缓苏段期间，不通风受热，但这时的谷物刚离开干燥段，保持着一定的温度，由于谷粒的表面和内部存在温差和湿差，促进谷粒内部水份逐渐向外移动，逐渐趋势于平衡，为下一个循环升温、降水创造条件。
第4章谷物烘干机控制系统设计
4.1控制系统的硬件设计
4.1.1系统机型选择与配置
系统选用SM—16RPLC，其中10点DC24V输入，6点继电器输出，AC85V—264V电源，如图4-1所示
图4-1SM—16R端子台分配图
所有输入点用24V电源共用一个公共点（0V点），且无需外部提供24V电源。
对继电器输出分别提供4个公共点，各公共点间互相独立，提供4个独立的输出通道，对应有隔离要求的输出控制。
每台谷物烘干机有1只水分检测器，1只数显表。
总的输入点为开关量9点，模拟量1点，输出点为开关量6点。
4.1.2定义号分配
PLC对输入∕输出定义号分别编号的原则进行定义号分配，输入信号点用I表示，其输入从I0开始依次分配，如表4-1所示；输出从Q0开始依次分配，如表4-2所示：
表4-1输入信号分配表
编号
输入定义号
输入信号
1
I0
进料按钮
2
I1
通风循环按钮
3
I2
热风循环按钮
4
I3
急停按钮
5
I4
提升机、上绞龙启动否
6
I5
风机启动否
7
I6
下绞龙启动否
8
I7
排粮轮启动否
9
I10
谷物水分检测
10
I11
表4-2输出信号分配表
编号
输出定义号
输出信号
1
Q0
提升机、上绞龙启停
2
Q1
风机启停
3
Q2
下绞龙启停
4
Q3
排粮轮启停
5
Q4
燃烧机（点火）控制
6
Q5
谷物水分达标报警
4.2控制系统的软件设计
4.2.1程序框图
PLC梯形图是根据继电器控制电路图来设计的，它与电气原理图相对应。
助记符评议，也称为命令语句表达，与汇编语言非常近似，每个控制功能由一个或多个语句组成的用户程序来执行，每条语句是规定CPU如何动作的指令，其作用和微机的指令一样，而且PLC的语句也是由操作码和操作数组成的。
PLC是以扫描方式从左到右，从上到下的顺序执行用户程序，扫描过程按梯形图梯级顺序执行，上一个梯级的结果是下一梯级的条件。
一个工程问题可分解成多个相对独立的小问题，最后形成一个完整的系统。
谷物烘干机的热风循环自动控制部分的程序框图，如图4-2所示：
系统主要有鼓舞水分检测和燃烧机的控制。
水分检测每隔一定时间要进行，将检测到的谷物水分与给定值比较，如果检测谷物水分不大于谷物水分给定值，则控制燃烧机熄火，反之则控制燃烧机点火燃烧。
图4-2热风循环自动控制部分程序框图
4.2.2梯形图与程序
图4-3热风循环自动控制部分梯形图
图4-4热风循环自动控制部分程序图
结论
PLC谷物烘干机自动控制系统与传统的电器控制和单片机控制比较，具有稳定、可靠、设备结构简单，成本低等优越性。
完全适用于各种型号的燃油式谷物烘干机自动控制，具有广阔应用前景。
基于以上因素的影响，对于本次毕业设计所选的题目《PLC在谷物烘干机自动控制中应用》这一课题，针对谷物烘干过程中的种种不确定因素的影响，采用PLC自动控制的方法来完成，达到对谷物的烘干控制。
另外，通过本次有关PLC自动控制的毕业设计，也有助于我们进一步掌握PLC自动控制的理论与方法，加深对PLC自动控制技术的理解，并运用PLC自动控制技术实现对工业对象的理想控制。
谢辞
在本次设计过程中，使我们在其中学到了许多东西。
同时，也发现了自己知识的欠缺。
首先感谢我的指导老师李素芳老师。
她使我在其中学到了许多东西，弥补了以前的欠缺。
同时，也学会了独立查阅资料，增强了我们独立学习的能力。
在这次设计过程中李老师为我们提供了大量有关设计方面的资料，还经常督促我们尽快完成设计任务。
同时，为我们的设计提供了大量的指导工作，使我们能够顺利的完成这次设计。
由于，在设计过程中遇到了许多问题，通过查资料或向别人请教。
使我们在其中体会到了学习的乐趣，激起了我们学习的信心。
从这次毕业设计的制作过程中，让我深切的领会到想要在激烈的社会竞争中占领自己的一块领地，必须要把自己的闪光点，发挥出来，并不断的改正自己的缺点，完善自己的能力，以更好的一面去面对社会。
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附 录
背景及意义
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。
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
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