掛面生產(chǎn)線溫濕度控制

1、掛面生產(chǎn)線溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計作者姓名王振興專業(yè)自動化指導教師姓名袁瀾專業(yè)技術(shù)職務(wù)講師摘要1第一章緒論31.1課題背景及研究目的和意義 31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3第二章 系統(tǒng)概述 52.1系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) 52.2系統(tǒng)總體設(shè)計52.3系統(tǒng)工作原理 錯誤！未定義書簽。第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 93.1 PLC93.2 FX2N-4AD 93.3 溫濕度傳感器 93.4 系統(tǒng)的主電路 103.5 系統(tǒng)的控制電路 11第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 164.1 FX2N-4AD 的編程 164.2 系統(tǒng)流程圖 174.3 梯形圖 17第五章 組態(tài)畫面的設(shè)計 295.1組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接 295.1.1新

2、建項目 295.2創(chuàng)建組態(tài)畫面 335.2.1新建主畫面 335.2.2新建數(shù)據(jù)報表 345.2.3新建實時曲線355.2.4建歷史曲線 355.2.5新建報警窗口 36第六章系統(tǒng)測試 376.1啟動組態(tài)王 376.2實時曲線觀察 386.3 分析歷史趨勢曲線 386.4查看數(shù)據(jù)報表 406.5系統(tǒng)穩(wěn)定性測試 42結(jié)束語 43參考文獻 44致謝45摘要從上世紀80年代至90年代中期，PLC得到了快速的發(fā)展，在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DC系統(tǒng)。PLC具有通用性強

3、、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、 編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的 將來，是無法取代的。本文介紹了以頂部吊扇和排濕風扇為被控對象，以烘干室各區(qū)不同位置溫濕度為主被控參數(shù)，通過控制電風扇的啟停來控制烘干室的溫濕度，以PLC為控制器，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)；運用PLC梯形圖編程語言進行編程，實現(xiàn)烘干室溫濕度 的自動控制。同時利用組態(tài)軟件，將生產(chǎn)過程中的狀態(tài)以圖像、文字、曲線或報 警形式清楚地表達出來，并實現(xiàn)遠程監(jiān)控。關(guān)鍵詞：溫濕度控制PLC 組態(tài)第一章緒論1.1課題背景及研究目的和意義掛面烘干一般都采用對流熱力烘干法， 即利用熱源，加熱烘干室的空氣，

4、借 助風力使熱空氣對流，用以加熱濕面條，同時帶走濕面條中的水分，熱空氣就成 為干燥介質(zhì)，既是載熱體也是載濕體，也就是說，掛面烘干需要熱量，靠熱量進 行濕熱交換，濕面條只有在吸收熱量之后，才能使自身水分汽化并排放出去， 達 到干燥的目的。因此烘房溫濕度控制是掛面生產(chǎn)工藝最關(guān)鍵性的一環(huán)。烘房溫濕度控制不當，將會導致成品掛面條型不直，水份不均，酥條，不整齊度增加，彎 曲斷條率增多等質(zhì)量問題，因而研究和探討掛面烘房溫濕度控制十分必要。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前掛面生產(chǎn)主要用到三種烘干方法： 高溫快速烘干法，低溫慢速烘干法和 中溫中速烘干法。掛面干燥過程中，溫濕度是最主要的影響因素，因此三種烘干 方法都對

5、溫濕度有嚴格的要求。在早期掛面生產(chǎn)中，用繼電器控制系統(tǒng)控制溫濕度。首先由溫濕度傳感器測 得烘干室溫濕度，轉(zhuǎn)化為電壓信號，與給定電壓相比較得到偏差信號。 偏差信號 經(jīng)過放大后控制電風扇運轉(zhuǎn)速度， 從而保證烘干室溫濕度的穩(wěn)定。但是由于器件 長時間處于工作狀態(tài)，容易老化損壞，難以保障烘干室溫濕度的精確控制， 從而 大大影響掛面的質(zhì)量。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，用可編程控制器控制系統(tǒng)代替模擬式控制系統(tǒng)成 為掛面溫濕度控制的發(fā)展方向。因為其功能由軟件完成，精度由位數(shù)決定，不受 元件影響，所以可以精確的控制烘干室的溫濕度， 提高掛面質(zhì)量。可編程控制器 控制系統(tǒng)的工作流程為：首先通過鍵盤預(yù)先設(shè)置烘干室溫濕度期

6、望值， 烘干室實 際溫濕度由傳感器檢測，并轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)放大、濾波后，由A/D變換器將模擬量變換成數(shù)字量送入可編程控制器， 在控制器中與期望值相比較產(chǎn)生偏差 信號。可編程控制器通過預(yù)定的控制算法計算出控制量， 然后控制電風扇來調(diào)節(jié) 烘干室溫濕度。這種控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的控制系統(tǒng)相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有巨大的優(yōu)勢。第二章系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)在掛面生產(chǎn)過程中，溫度和濕度控制是十分重要的。它們決定著掛面質(zhì)量 和干燥效果。溫度是掛面水分得以蒸發(fā)的動力，特別是能使掛面提高自身熱量、 促進內(nèi)部水分向表面轉(zhuǎn)移。相對濕度是直接衡量空氣的吸水能力，濕度的高低，決定著掛面表面

7、水分蒸發(fā)的快慢，而空氣流通速度則支配著烘干室溫濕度的均 勻性和分布。三者的關(guān)系相鋪相成，組成了烘干室的“小氣候”，是掛面烘干 的基本條件。本次設(shè)計便是設(shè)計一個控制系統(tǒng)，能有效的控制掛面烘干室的溫 濕度，從而提高掛面的質(zhì)量，提高掛面生產(chǎn)的自動化水平。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計1-循環(huán)的熱水；2-掛面；3-風機；4吊扇；5-熱水管道；6-熱水鍋爐 熱水管在烘房內(nèi)布置在烘房頂部，由風扇向下壓，使熱空氣與濕 掛面進行熱質(zhì)交換。熱水爐加熱的熱水用泵輸送到掛面車間， 熱水通過管壁間接加熱 烘房中的空氣從而對掛面進行加熱。熱量降低后的水經(jīng)過濾后循環(huán)到 熱水爐。將熱水作為載體進行加熱，由于熱水是循環(huán)的，所以和蒸汽加熱

8、 相比節(jié)約能源，而且操作方便，一次性投資也較小。2.2.2排濕裝置排濕部位一般布置在 預(yù)備干燥階段的前中區(qū)、保溫出汗階段與升溫降潮階段的過渡區(qū)、升溫降潮階段的前中區(qū) 等幾個位置，且預(yù)備干燥階段的前區(qū)排濕較高、升溫降潮階段的前區(qū)略高，其余較低。排濕口的布置高度有兩種情況，一種是在烘房兩壁的底部，另一種是布置在掛面中部高度對應(yīng)的烘房兩壁。排濕形式建議采用夾墻排濕，每個排濕口裝小型排風扇作機械排濕，其效果較好。1-烘房 2-內(nèi)夾墻3-排濕孔4-排濕孔5-外夾墻6-烘道;7-隔熱墻8-排潮扇223溫濕度控制方法（1）用RH溫濕度智能傳感器測量溫濕度。將溫濕度值轉(zhuǎn)為電壓或者電流 信號。（2）溫度控制。每

9、個烘干區(qū)都通有蒸汽管道，并裝有 8臺1.1kW的頂部吊 扇。將8臺吊扇分為4組，放在不同的位置。每組吊扇都可以獨立的受pic控制。 溫度設(shè)定值與從智能溫濕度傳感器得到的溫度現(xiàn)場值相比較，根據(jù)所得的偏差，通過通過接觸器控制相應(yīng)位置吊扇的啟停，實現(xiàn)對烘干區(qū)溫度的調(diào)節(jié)。當溫度低 于設(shè)定值時，啟動吊扇，吊扇直吹蒸汽管道，加快熱量向下流動，從而使烘干區(qū) 內(nèi)的溫度上升。反之，則停止吊扇。（3）濕度控制。每個烘干區(qū)裝有4臺1.1kW的排潮風機，同樣將排濕風機 置于4個不同位置，同樣都收到pic的控制。濕度設(shè)定值與從智能溫濕度傳感器 得到的濕度現(xiàn)場值相比較，根據(jù)所得的偏差，接觸器控制排潮風機啟停。當濕度 高于

10、設(shè)定值時，啟動排潮風機，加快水汽排出，從而使烘干區(qū)內(nèi)的濕度下降。反之，則停止風機。（4）傳送鏈速度控制。傳送鏈由5.5kW的三相異步電動機驅(qū)動。Pic通過 控制繼電器的線圈來接通繼電器，用以啟動傳送鏈電機。(5) 溫濕度的檢測與傳送：增加A/D模塊，與PLC相連。將溫濕度傳感器 測定的溫濕度模擬量值，轉(zhuǎn)換成 PLC可識別的數(shù)字量。通過PLC程序?qū)貪穸?的監(jiān)測值與設(shè)定值比較，并通過相應(yīng)程序獲得控制信號。(6) 現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)可以在生產(chǎn)現(xiàn)場由鍵盤直接輸入，同時也可以由控制 室的監(jiān)控計算機遠程設(shè)定。掛面生產(chǎn)線溫濕度控制系統(tǒng)組成框圖如圖 2.1所示。2.3系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)由溫濕度傳感器、PLC系統(tǒng)、

11、頂部吊扇、排濕風扇和傳送鏈幾部分組成。整個系統(tǒng)的工作原理圖如圖2.2所示該溫濕度控制系統(tǒng)是利用PLC把傳感器采集的有關(guān)參數(shù)（如溫度、濕度） 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并把這些數(shù)據(jù)暫存起來，與給定值進行比較，經(jīng)一定的控制算 法后，給出相應(yīng)的控制信號進行控制。系統(tǒng)還可以經(jīng)過串行通信接口將數(shù)據(jù)送至 上位機，從而完成數(shù)據(jù)管理、智能決策、歷史資料統(tǒng)計分析等更為強大的功能， 并可以對數(shù)據(jù)進行顯示、編輯、存儲及打印輸出。溫濕度控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)包 括頂部吊扇、排濕風扇和傳送鏈等設(shè)備。系統(tǒng)工作時，PLC通過溫濕度傳感器來測量溫室內(nèi)的溫濕度并與設(shè)定值相比較 ，如果溫室內(nèi)的溫度或濕度超出了設(shè) 定范圍的上下限值，PLC就輸出

12、指令，控制接通相應(yīng)的設(shè)備；當溫室的溫度和濕 度都在范圍內(nèi)時，PLC就輸出指令，切斷設(shè)備的電源。系統(tǒng)的工作流程見圖2.3系統(tǒng)啟動溫度采樣溫度超標否二關(guān)閉頂部巾扇啟動頂部吊扇濕度采樣KZ濕度超標否關(guān)閉排濕風扇啟動排濕風扇第三章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 PLC早期的PLC是用來替代繼電器、接觸器控制的。它主要用于順序控制， 只能實現(xiàn)邏輯運算。因此，被稱為可編程邏輯控制（Programmable logic controller， 略寫PLC ）隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程控制器的功能已遠遠 超出了順序控制的范圍。被稱為可編程控制器（Programmable con troller，略寫

13、PC）。為區(qū)別于Personal Computer （PC）故沿用PLC這個略寫。輸入單元微處理器存儲器電源輸出單元編程器或其他編程設(shè)備PLC的組成框圖3.1.1 PLC工作原理地址總線控制總線模擬量輸入T丄屮央處理單元存儲器數(shù)據(jù)存儲器-口輸照明出電磁裝置1接執(zhí)麗嗣1口9-o a a0PLC工作時，將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映象區(qū)對應(yīng)的位上； 將運 算的結(jié)果存放到輸出映象區(qū)對應(yīng)的位上。 PLC在執(zhí)行用戶程序時所需 輸入繼電 器”、輸出繼電器”的數(shù)據(jù)取用于I/O映象區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系 。3.1.2 PLC的功能 1）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，通過輸入接口存人輸入映像寄

14、存器或數(shù)據(jù)寄存器中，用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號,并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器）。（2）按用戶程序存儲器中存放的先后次序逐條讀取指令，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳遞和存儲等功能，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運算和操作。（3）把各種運算結(jié)果向外界輸出。（4）監(jiān)測和診斷電源以及PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中出現(xiàn)的語法錯誤。（5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，響應(yīng)各種外部設(shè)備（如編程器、打印機、上位計算機、圖形監(jiān)控系統(tǒng)、條碼判讀器等）的工作請求，以實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。3.1.3 pic的選擇綜合各方面考慮選擇RX2N

15、系列pic。 FX2N系列是FX家族中最先進的系列， 最大范圍地包容了標準特點、執(zhí)行速度更快、通訊功能更齊全，為工廠自動 化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N系列PLC吸取了整體式和模塊式 PLC的優(yōu)點，各單元間采用疊裝式連接。根據(jù)它們與基本單元的距離，對每 個模塊按07的順序編號，最多可連接8個特殊功能模塊。3.1.4 I/O 點的分配輸入/輸出接口單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)過程 控制現(xiàn)場之間的連接部件.I/O模塊集成了 PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映 輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊

16、湊，整 個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)、運算數(shù)據(jù)處理和傳 送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。一區(qū)二區(qū)三區(qū)啟動X0X1X2停止X3X4X5啟動傳送鏈X6停止傳送鏈X7位置1頂部吊扇Y0Y1Y2位置2頂部吊扇Y3Y4Y5位置3頂部吊扇Y6Y7Y10位置4頂部吊扇Y11Y12Y13位置1排濕風機Y20Y21Y22位置2排濕風機Y23Y24Y25位置3排濕風機Y26Y27Y30位置4排濕風機Y31Y32Y333.1.5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的注意事項I/O端口接有感性元件時：a）對直流電路，應(yīng)在兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，如

17、圖6-8（a）;通常續(xù)流二極管可選擇1A的管子，額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍b）對交流電路，應(yīng)并聯(lián)阻容電路，以抑制電路斷開時產(chǎn)生的電弧對PLC的影響，如圖6-8 （b）。電阻可取50120Q，電容取0.10.47卩F,電容的額定電壓應(yīng)大于電源峰值電壓。3.2 FX2N -4AD321 FX2N-4AD 概述模擬量輸入模塊（A/D模塊）是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換成適合 PLC 內(nèi)部處理的數(shù)字信號。輸入的模擬信號經(jīng)運算放大器放大后進行 A/D轉(zhuǎn)換，再 經(jīng)光電藕合器為PLC提供一定位數(shù)的數(shù)字信號。FX2n-4AD是FX2n系列PLC的模擬量輸入模塊，有 CH1CH四個通道， 每個通道都可進行AD

18、轉(zhuǎn)換，分辯率為12位，采集信號電壓為-10V+10V,分辯 率5mV電流輸入時，為 420mA或-2020mA 分辯率20uA。FX2n-4AD內(nèi)部有 32個16位的緩沖寄存器（BMF），用于與主機交換數(shù)據(jù)。FX2n-4AD占用FX2n擴 展總線的8個點，耗電為5V, 30mA3.2.2 FX2n-4AD的電路接線FX2n-4AD通過擴展電纜與PLC主機相連，四個通道的外部連接則根據(jù)外部輸入電壓或電流量的不同而不同。應(yīng)注意以下幾點：1.外部輸入為電壓量信號，則將信號的+、-極分別與模塊V+和VI-相連。2若外部輸入為電流量信號，則需要把V+和I+相連。3.如有過多的干擾信號，應(yīng)將系統(tǒng)機殼的FG

19、端與FX2n-4AD的接地端相連。FX2n-4AD與外部信號接線圖如圖3.2所示。3.2.3緩沖寄存器（BFM）Pic與FX2n-4AD的通信是通過緩沖寄存器（BFM ）進行的。0#通道初始化，缺省值為H0000#1#4存放通道#1#4的采樣值，用于求平均值#5#8存放四個通道的平均輸入采樣值#9#12每個輸入通道當前值存放#13#14保留#15用于選擇AD轉(zhuǎn)換速度：0為正常速度，15ms;如 為1,則選擇高速，6ms。#16#19保留#20復位到缺省值預(yù)設(shè)，缺省值為 0。#21禁止調(diào)整偏移量、增益值，缺省值為 0。#22偏移、增益調(diào)整：G4O4G3O3G2O2G1O1#23偏移值，缺省值為0

20、。#24增益值，缺省值為5000。#25#28保留#29錯誤狀態(tài)#30識別碼：K2010#31不能使用在BFM#O中寫入十六進制4位數(shù)字H xxxx進行A/D模塊通道初 始化，最低位數(shù)字控制CH1,最高位控制CH4。x =0時設(shè)定輸入范 圍為-1010V, x =1時，設(shè)定輸入范圍為4m A20mA, x =2時，設(shè) 定輸入范圍為-2020mA,x =3時關(guān)斷通道。例如 BFM#0=H3310 則說明CH1設(shè)定輸入范圍為-10V+10V, CH2設(shè)定輸入范圍為 420mA, CH3、CH4兩通道關(guān)閉。3.3 溫濕度傳感器3.4交流接觸器用來接通或斷開電動機或其他設(shè)備的主電路， 主要由電磁鐵和觸

21、點兩部分組成，觸點又可分為主觸點和輔助觸點。3.5中間繼電器繼電器和接觸器的工作原理一樣。主要區(qū)別在于，接觸器的主觸點可 以通過大電流，而繼電器的觸點只能通過小電流。3.6熱繼電器工作原理為：發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間過載，雙金屬片被 烤熱。因雙金屬片的下層膨脹系數(shù)大，使其向上彎曲，扣板被彈簧拉 回，常閉觸頭斷開。3.4 系統(tǒng)的主電路3.5 系統(tǒng)的控制電路第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 FX2N-4AD 的編程4.1.1 BFM讀出指令FROM指令名稱助記符指令代碼操作數(shù)程序步m1m2Dn讀特殊功K、HK、HKnY、KnM、K、HFROM, 9 步能模FROMFNC78(m2=031KnS T、C、塊指(m仁07)D、V、Z(n=132)(D)FROM , 17