大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計

1、大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計第1章 緒論隨著國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的發(fā)展，自動控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其重要作用也越來越顯著。而生產(chǎn)過程自動控制是自動控制技術(shù)在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕工、紡織等生產(chǎn)過程的具體應(yīng)用，是自動化技術(shù)的重要組成部分。PLC于20世紀(jì)60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976年正式命名，并給予定義：PLC（Programmable logic Controller）是一種數(shù)字控制專用電子計算機(jī)，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入

2、、輸出等組件，控制各種機(jī)械或工作程序。隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。本次設(shè)計的大米加工生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是以PLC為核心控制器，并結(jié)合昆侖組態(tài)軟件MCGS，輔以光電傳感器，繼電器等實(shí)現(xiàn)的可遠(yuǎn)程控制的集成系統(tǒng)。它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。1.1 本課題研究的目的、意義現(xiàn)代自動控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型

3、機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個很大的特點(diǎn)，那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲器。但隨之而來的是巨額的成本。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機(jī)的成本占系統(tǒng)成本的比例高達(dá)20%，而對于這些小型的系統(tǒng)來說，配置一個如此高速的處理機(jī)沒有任何必要，因?yàn)檫@些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟(jì)效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用可編程序邏輯控制器（PLC）1控制小型的，而又不是很復(fù)雜，不需要大量復(fù)雜運(yùn)算的系統(tǒng)中是非常適合的。本論文是對現(xiàn)在大量使用的大米生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行自動化設(shè)計改造。現(xiàn)有的控制系統(tǒng)很大部分是采用老式的繼電器觸點(diǎn)控制，系統(tǒng)故障率高，工人勞動強(qiáng)度大，系統(tǒng)設(shè)備升級困難。大米生產(chǎn)過程中，如果系統(tǒng)控制不當(dāng)，則

4、會出現(xiàn)雜質(zhì)、碎米率大、加工精度不易控制等問題。為了提高系統(tǒng)的自動化水平，解決大米生產(chǎn)中產(chǎn)生的這些問題，利用現(xiàn)代化的PLC與MCGS組態(tài)結(jié)合的集中控制技術(shù)，在一定程度上能夠提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，克服人為的不穩(wěn)定因素，為現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理提供強(qiáng)有力的物質(zhì)條件，以達(dá)到系統(tǒng)自動化控制和系統(tǒng)升級的目的。1.2 PLC的簡介可編程序控制器（Programmable Logic Controller ）簡稱PLC, 是一種以微處理器為核心的用于工程自動控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺工業(yè)控制專用計算機(jī)2。PLC是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動

5、控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。1.2.1 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用可編程序控制器（PLC）得以迅速發(fā)展和廣泛使用的原因是由于它具有繼電接觸器控制裝置和通用計算機(jī)以及其他控制系統(tǒng)所不具備的特點(diǎn)：1運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 2設(shè)計、使用和維護(hù)方便3編程語言直觀易學(xué)4與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合 5體積小、質(zhì)量輕、能耗低3可編程控制器所具有的功能，使它既可用于開關(guān)量控制，又可用于模擬量控制；既可用于單機(jī)控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。它的應(yīng)用可大致歸納為如下幾類：邏輯控制、運(yùn)動控制、過程控制、數(shù)據(jù)

6、處理、多級控制。1.3 論文主要研究內(nèi)容本篇論文主要論述了如何用三菱FX-2N系列PLC設(shè)計大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需要的各項功能，滿足設(shè)計要求。本文研究內(nèi)容主要是以PLC控制整個生產(chǎn)過程，其內(nèi)容有以下幾個方面：1接通電源開關(guān)后，將設(shè)備模式旋轉(zhuǎn)到自動定量輸送物料模式，將所有閥門旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置；2按下啟動按鈕，利用真空泵把原料吸進(jìn)吸料漏斗內(nèi)。由吸料漏斗落入預(yù)量漏斗，再由預(yù)量漏斗落入稱量漏斗。通過稱重傳感器實(shí)現(xiàn)自動稱量控制；3原料由稱量漏斗進(jìn)入礱谷缸，當(dāng)原料達(dá)到礱谷缸設(shè)定的位置時，關(guān)閉進(jìn)料閥門開始礱谷，礱谷后，啟動鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)行谷糙分離，分離時，糙米預(yù)存缸的進(jìn)料閥門打開；4谷糙分離

7、完畢后，糙米預(yù)存缸內(nèi)開始進(jìn)行碾米，碾米結(jié)束后，起動振動電機(jī)篩選碾好的大米，利用鼓風(fēng)機(jī)與高壓空氣推出大米，通過高壓輸管送入料籠。1.4 論文組成對大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計論文主要從機(jī)械和電氣兩方面進(jìn)行設(shè)計和說明。第一章講述的是課題研究意義和目的以及簡單地介紹了以下PLC的有關(guān)內(nèi)容如：PLC特點(diǎn)、PLC的應(yīng)用和發(fā)展趨勢、PLC的結(jié)構(gòu)、PLC的工作方式等等。第二章講述系統(tǒng)概述及控制方案設(shè)計，包括制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容，大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)方案選擇論證。第三章是本次論文設(shè)計的核心部分之一：控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。它包括了控制系統(tǒng)分析及元件選擇， PLC控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的估算，PLC

8、及主要模塊的選型控制系統(tǒng)的I/O地址分配，控制系統(tǒng)電路設(shè)計。第四章講述的是軟件設(shè)計。包括PLC控制系統(tǒng)梯形圖，PLC控制系統(tǒng)程序的編制方法選擇，主要模塊程序設(shè)計和模擬量輸入的算法設(shè)計。第五章講述的是監(jiān)控界面的設(shè)計。包括系統(tǒng)操作界面，系統(tǒng)參數(shù)界面，報表界面，也是本設(shè)計的核心控制部分。第2章 控制系統(tǒng)方案設(shè)計隨著我國工業(yè)自動化水平的不斷提高，對大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的自動化程度也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大米加工生產(chǎn)線多采用繼電器8控制電路實(shí)現(xiàn)控制要求，機(jī)械觸點(diǎn)多，可靠性差，控制設(shè)備體積大。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械和電氣化程度的提高，新技術(shù)產(chǎn)品PLC由于其特有的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地用于糧食加

9、工行業(yè)。2.1 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)設(shè)計要求2.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容根據(jù)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)設(shè)計的要求，要求達(dá)到以下目標(biāo):1設(shè)備具有全自動模式。2可遠(yuǎn)程監(jiān)控大米加工情況，并對加工量進(jìn)行歷史記錄。3保證出糙率和大米加工精度。根據(jù)課題要求，該控制系統(tǒng)的設(shè)計主要有以下內(nèi)容：1真空吸料：用一臺真空泵將待發(fā)原料吸入吸料漏斗，保證原料的稱料供應(yīng)；2稱量設(shè)定：面板人工設(shè)置一次加工需要量，通過稱重傳感器實(shí)現(xiàn)自動稱量控制；3礱谷控制：檢測壟谷缸內(nèi)的原料位置，到達(dá)設(shè)定值時實(shí)現(xiàn)自動礱谷控制； 4大米接收：礱谷完畢，啟動鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行谷糙分離，分離出的糙米進(jìn)入碾米缸繼續(xù)加工，加工后，自動打

10、開缸門，利用鼓風(fēng)機(jī)和高壓空氣將經(jīng)過篩選的大米送入料倉。2.1.2 控制系統(tǒng)的主要工藝流程 如圖2.1所示大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的工藝流程圖，可知該集中控制系統(tǒng)的工作過程大概如下：原料先置于缸內(nèi)或傳送袋內(nèi)，通過真空泵吸入吸料漏斗，由吸料漏斗再自動落入預(yù)量漏斗，由于吸料漏斗為真空，預(yù)量漏斗在此起緩沖作用。原料由預(yù)量漏斗落入稱量漏斗，待光電開關(guān)檢測到原料達(dá)到設(shè)定位置時，關(guān)閉放料閥門，進(jìn)行稱量，取得數(shù)據(jù)后，再打開放料閥門，讓稱好的稻谷進(jìn)入礱谷缸進(jìn)行礱谷，礱谷完畢后，啟動鼓風(fēng)機(jī)，讓糙米和谷殼經(jīng)過振動電機(jī)進(jìn)行谷糙分離，糙米進(jìn)入碾米缸進(jìn)行碾米，碾米結(jié)束后起動振動篩，讓合格的大米顆粒進(jìn)入填料器，鼓風(fēng)機(jī)和高

11、壓空氣將經(jīng)過篩選的大米送入料倉。谷倉或傳送袋高壓風(fēng)機(jī)注入式填料器碾米缸礱谷缸 稱量漏斗預(yù)量漏斗吸料漏斗料倉直徑為50的pvc管高壓輸管振動篩原料 自動落入原料 自動落入鼓風(fēng)機(jī)圖2.1 工藝流程圖 2.2 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)方案選擇論證由基于PLC的大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的工藝過程可知，整條生產(chǎn)線三個單元功能相對獨(dú)立且分散，但又需要相互連鎖協(xié)調(diào)。這需要一個控制系統(tǒng)進(jìn)行指揮控制。這些都給控制系統(tǒng)提出了較高要求，需要采用先進(jìn)的控制技術(shù)和控制方法，以提高工程質(zhì)量并簡化控制線路的復(fù)雜性，兼顧降低項目成本。故本課題控制系統(tǒng)選型的基本原則如下：1.采用先進(jìn)、可靠、成熟的控制技術(shù)以提高系統(tǒng)可靠性；

12、2.采用模塊化設(shè)計，提高通用性及設(shè)備效率，易于維護(hù)；3.適應(yīng)今后的技術(shù)發(fā)展、要求，系統(tǒng)有較高的可擴(kuò)展性7?？刂葡到y(tǒng)一般采用PLC控制或繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。PLC的控制與繼電器的控制差別有以下幾個方面。1. 控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜，體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每只只有48對觸電，因此靈活性和擴(kuò)充性很差。而PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存內(nèi)，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故成為“軟接線”。其接線少，體積小，因

13、此靈活性和擴(kuò)展性都很好。PLC中大規(guī)模集成電路組成，功耗小。2.工作方式電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都應(yīng)受到某種條件限制不能吸合，它屬于并聯(lián)工作方式。而PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描中，屬于串聯(lián)工作方式。3.可靠性和可維護(hù)性繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉會受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路完成，體積小，壽命長，可靠性高。PLC還配有自檢和監(jiān)控功能。能檢查出自身的故障。并隨時顯示給操作人員。還能動態(tài)地監(jiān)視控制程

14、序的執(zhí)行情況。為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。4.控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點(diǎn)的開閉動作一般在幾十ms數(shù)量級。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題。而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制。屬于無觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在m數(shù)量級，而不會出現(xiàn)抖動。5.定時控制繼電器邏輯利用時間繼電器進(jìn)行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精確度的不高，定時范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時間困難等問題。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高。且定時時間不受環(huán)境的影響，定時范圍一般從0.001s到若干天或更長。用

15、戶可以根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時值，然后由軟件來控制定時時間8。從以上幾個方面的比較可知，PLC在性能上比控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高，設(shè)計施工周期短，調(diào)試修改方便，而且體積小，功耗低，使用維護(hù)方便，但在很小的系統(tǒng)中使用時，價格要高于繼電器控制系統(tǒng)?？删幊绦蜻壿嬁刂破鳎≒LC）采用微處理器作為控制系統(tǒng)的核心，內(nèi)含存儲器、運(yùn)算器、控制器，根據(jù)工業(yè)控制過程的特點(diǎn)，進(jìn)行專門的電路設(shè)計，是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計算機(jī)。PLC的輸入、輸出模塊與主模塊組裝在一起，不需要另外的接口，可以直接與行程開關(guān)等傳感器及驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁線圈連接在一起，使控制系統(tǒng)比較簡單。PLC根據(jù)類似于繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖進(jìn)行程

16、序設(shè)計，簡單明了。與繼電器控制相比較，PLC性能好價格低，功率價格適中9。根據(jù)上述分析，PLC是現(xiàn)階段基于PLC的泡沫發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)最理想的控制機(jī)。所以本設(shè)計選用PLC作為系統(tǒng)控制機(jī)。下面是對選定方案的分析：1.可行性分析A.功能可行性分析：由于系統(tǒng)各主要部分所需要滿足的功能步驟及要求大多是開關(guān)量信號，所以選擇可編程序邏輯控制器是完全能夠滿足其功能要求的。B.系統(tǒng)可靠性分析：系統(tǒng)設(shè)置了光電檢測開關(guān)，對整條生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控，使系統(tǒng)可靠性得到了進(jìn)一步的保證。C.系統(tǒng)擴(kuò)展性分析：系統(tǒng)采用PLC作為控制器，其本身就具有極強(qiáng)的功能擴(kuò)展性，加之PLC產(chǎn)品的完整性，使得系統(tǒng)功能擴(kuò)展極其方便。D.系統(tǒng)可維護(hù)性分

17、析：系統(tǒng)采用先進(jìn)控制方式，大大降低了工程成本，并由于系統(tǒng)組態(tài)及結(jié)構(gòu)簡單，這使得可維護(hù)性增強(qiáng)。2.技術(shù)性能A吸料漏斗物位的控制；B欲量漏斗物位的控制；C壟米，碾米時間限制；D閥門受阻時進(jìn)行故障報警；E整個工作流程的自動化。本課題所設(shè)計的基于PLC的大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)，利用可編程序控制器和傳感器，克服了人為的不穩(wěn)定因素，充分利用了現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，提高了勞動生產(chǎn)率，為現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)條件。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計整個系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成。本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，并對硬件的每一個部分進(jìn)行了分析。硬件設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)完成相應(yīng)的功能，并組成一個統(tǒng)一的整體。在對控制系

18、統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，對所用的元器件進(jìn)行選型，PLC地址分配，最后對系統(tǒng)硬件進(jìn)行總體設(shè)計。3.1 控制系統(tǒng)分析及元件選擇本設(shè)計的加工集中控制系統(tǒng)是可編程控制器（PLC）為主要控制其，需要進(jìn)行控制的是整個工藝流程的實(shí)現(xiàn)。通過可編程控制器（PLC）與電機(jī)（包括礱谷機(jī)、振蕩電機(jī)、碾米機(jī)、真空泵及鼓風(fēng)機(jī)）以及其他外部硬件（電磁閥，傳感器）相連實(shí)現(xiàn)了整個大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計。本次設(shè)計的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3.1所示：光電開關(guān)谷倉吸料漏斗預(yù)量漏斗稱量漏斗壟谷缸壟谷電機(jī)碾米缸KV1KV3KV4KV2KV6KV5KV7鼓風(fēng)機(jī)KV8KV9碾米電機(jī)KV10KV11KV12電動閥KV15振動電機(jī)空氣電磁

19、閥KV14排氣電磁閥KV13真空泵行程開關(guān)1行程開關(guān)2KV16圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖其主要工作原理如下：接通電源后，將設(shè)備模式旋轉(zhuǎn)到自動定量輸送物料模式，將所有閥門旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置；按下啟動按鈕，利用真空泵把原料吸進(jìn)吸料漏斗內(nèi)，等光電開關(guān)1檢測到原料到位后，關(guān)閉真空泵，打開吸料漏斗開關(guān)門電磁閥KV1吸料漏斗空氣閥KV16，使原料由吸料漏斗落入預(yù)量漏斗；重復(fù)該步驟直至光電開關(guān)2檢測原料到位后，關(guān)閉KV1，打開預(yù)量漏斗開關(guān)門電磁閥KV3，KV2及預(yù)量漏斗開關(guān)門電磁閥KV4，KV5，讓原料快速落入稱量漏斗內(nèi)，達(dá)到設(shè)定時間后，關(guān)閉所打開的KV3，KV2及KV4，KV5，進(jìn)行稱量，稱量結(jié)束后，把所測量的數(shù)

20、值傳送給MCGS觸摸屏；完成稱量步驟后，打開稱量漏斗高壓空氣電磁閥KV6，KV7，讓待加工的原料由稱量漏斗落入礱谷缸內(nèi)。啟動礱谷電機(jī)，進(jìn)行礱谷，待到礱谷結(jié)束后啟動鼓風(fēng)機(jī)，讓脫出的稻谷殼與糙米分離開來；分離后，打開礱谷缸高壓空氣電磁閥KV8，KV9，壟谷缸開關(guān)門電磁閥KV10，讓糙米快速落入碾米缸內(nèi)，達(dá)到設(shè)定時間后，關(guān)閉KV8，KV9，KV10，啟動碾米電機(jī)，碾米結(jié)束后，啟動振動電機(jī)，利用振動篩選取合格大米，最后打開空氣電磁閥KV14，碾米缸高壓空氣閥KV11，KV12，電動閥KV15，把加工好的大米送入料倉。3.1.1控制系統(tǒng)分析根據(jù)課題設(shè)計要求及大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，對系統(tǒng)的控制

21、分析如下：1打開電源開關(guān)后，設(shè)定加工方式：自動或手動，并設(shè)定原料重量。2按下啟動按鈕，利用真空泵把原料吸進(jìn)吸料漏斗內(nèi)。由吸料漏斗落入預(yù)量漏斗，再由預(yù)量漏斗落入稱量漏斗。通過稱重傳感器實(shí)現(xiàn)自動稱量控制。3原料由稱量漏斗進(jìn)入礱谷缸，通入空氣，由壓力傳感器測量缸內(nèi)壓力，光電傳感器檢測原料位置，實(shí)現(xiàn)自動礱谷控制。4礱谷完畢，啟動鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行谷糙分離，分離出的糙米進(jìn)入碾米缸繼續(xù)加工，加工后，自動打開缸門，利用高壓空氣將經(jīng)過篩選的大米送入料倉。3.1.2 元器件選擇及依據(jù)根據(jù)控制系統(tǒng)的各項分析以及對元器件的要求，為滿足系統(tǒng)功能，系統(tǒng)需要的主要元器件有PLC控制器、壓力傳感器、稱重傳感器、光電傳感器、礱谷機(jī)、

22、碾米機(jī)、電磁閥等，下面對幾個主要的器件功能進(jìn)行介紹：1.三菱FX-2N PLC介紹三菱FX-2N運(yùn)行速度快、功能強(qiáng)，適用于要求較高的中小型控制系統(tǒng)。所以本設(shè)計應(yīng)用此系列的PLC。圖3.2 帶有擴(kuò)充模塊的三菱FX-2N CPU 模塊FX-2N基本單元由中央處理器（CPU）、電源以及數(shù)字量輸入輸出單元組成。這些都被緊湊地安裝在一個獨(dú)立的裝置中。圖3.3 稱重傳感器外形在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。可選用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。程序容量：內(nèi)置800步RAM（可輸入注

23、釋）可使用存儲盒，最大可擴(kuò)充至16K步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運(yùn)算、平方根、浮點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算等。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脈寬調(diào)制，PID控制指令等。外部設(shè)備相互通信，串行數(shù)據(jù)傳送，ASCII code印刷，HEX ASCII變換，校驗(yàn)碼等。時計控制內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法、讀出、寫入等。2.稱重傳感器的介紹智能化稱重傳感器是近些年來的開發(fā)熱點(diǎn)。智能

24、傳感器的定義在各國傳感器雜志上討論多年，直到90年代初才有了比較一致的看法:把凡具有一種或多種敏感功能，能夠完成信號探測和處理、邏輯判斷、雙向通訊、自檢、自校、自補(bǔ)償、自診斷和計算等全部或部分功能的器件叫做智能傳感器。智能傳感器可以是集成的，也可以是分離件組裝的。數(shù)字式智能稱重傳感器正是按此思路發(fā)展和應(yīng)用的，同樣有兩種結(jié)構(gòu)形式，即整體型和分離型11。 整體型是在稱重傳感器內(nèi)部安裝有放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、微處理器芯片和溫度敏感元件等組成數(shù)字處理電路，利用微處理器已存入的軟件，實(shí)施各項數(shù)字補(bǔ)償工藝進(jìn)行各項性能調(diào)整和測試，最后采用電子束焊或激光焊進(jìn)行密封。數(shù)字式智能稱重傳感器的制造工藝完全不同于模

25、擬式稱重傳感器，主要是兩個環(huán)節(jié):其一彈性體貼片組成惠斯登電橋電路后，通過試驗(yàn)測試建立數(shù)字補(bǔ)償工藝要求的各項數(shù)學(xué)模型，形成便于程序化計算的公式。其二是根據(jù)數(shù)學(xué)模型編制出簡單實(shí)用的補(bǔ)償計算軟件，存儲在微處理器芯片中進(jìn)行各項誤差修正和補(bǔ)償。軟件技術(shù)主要有數(shù)字濾波技術(shù)，標(biāo)度變換技術(shù)，數(shù)字調(diào)零技術(shù)，溫度補(bǔ)償技術(shù)和線性補(bǔ)償技術(shù)等。同時還應(yīng)解決抗射頻干擾(RFI)、電磁干擾(EMI )和閃電引起的電瞬變等過壓保護(hù)問題。分離型是將放置在稱重傳感器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換等數(shù)字處理電路移至一個外部接線盒內(nèi)，將普通的模擬式稱重傳感器接入數(shù)字接線盒后，其輸出便以數(shù)字信號傳輸給與其配套的稱重顯示控制儀表。通常把模擬式稱重傳感

26、器加數(shù)字接線盒模式稱為模塊化數(shù)字稱重傳感器系統(tǒng)。模擬式稱重傳感器基本上是手工化生產(chǎn)，人為的因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，數(shù)字式智能稱重傳感器基本上是自動化生產(chǎn)，排除了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。數(shù)字式智能稱重傳感器具有輸出信號大，抗干擾能力強(qiáng)，信號傳輸距離遠(yuǎn)，易實(shí)現(xiàn)智能化控制等特點(diǎn)，較廣泛的應(yīng)用于大型電子平臺秤、電子汽車衡，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電子料斗秤、電子容器秤和大死載、小活載的特殊電子秤。NS-TH16系列智能（數(shù)字）稱重傳感器結(jié)構(gòu)簡單、堅固、安裝方便、抗振動沖擊力強(qiáng)，采用先進(jìn)的微處理技術(shù)和數(shù)字通訊技術(shù),全密封結(jié)構(gòu)，防水、防腐。被廣泛應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)中，作為稱量、測力等自動控制元件。所以本設(shè)計采用此類

27、型的稱重傳感器。3 礱谷機(jī)的介紹本次設(shè)計所選用的HR10C是佐竹（蘇州）機(jī)械有限公司的最新研制的礱谷機(jī)，它具有以下特點(diǎn)：1. 脫殼率高且保持穩(wěn)定，本機(jī)采用自動控制操作，脫殼率在90%左右，能在生產(chǎn)過程中保持穩(wěn)定的脫殼率；2. 操作調(diào)節(jié)方便，本機(jī)通過氣動控制輥間壓力，有料位器與之連接，斷料可立即松輥，來料自動延時緊輥；3. 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，機(jī)器主要回轉(zhuǎn)件都經(jīng)動平衡檢驗(yàn)，所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動?。槐?.1 礱谷機(jī)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HU 10FT 1150轉(zhuǎn)/分HA 10W(2) 14

28、00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HU 10FT 410kgHA 10W(2) 890kg4 碾米機(jī)的介紹新型立式碾米機(jī)的設(shè)計思想是近百年來立式碾米經(jīng)驗(yàn)的積累。該機(jī)匯集了許多立式碾磨的最新技術(shù)，它廣泛使用在美國、歐洲和亞洲國家的許多主要加工廠中。用于加工不同等級白米的VTA系列是現(xiàn)代大米加工工業(yè)的理想設(shè)備，其具有以下特點(diǎn)：1.加工產(chǎn)量高、破碎低，在碾磨過程中，由于采用了新研制的最佳碾磨室，因此大米產(chǎn)量提高，破碎減少，水分損失??；2.操作調(diào)節(jié)方便，通過卸料門壓力調(diào)整即可容易地獲得所需的研白精度；3.部件易于更換，砂輥能很容易從

29、機(jī)器頂部抽出。篩片設(shè)計從機(jī)器旁邊取出，在不拆除機(jī)器框架情況下，篩片更換迅速、容易。全部其 它部件易于操作、易于更換；4.部件使用壽命長，由于碾白室進(jìn)行了特殊的熱處理以及它受到均勻一致的較小壓力，從而該磨損部件的使用壽命延長；5.機(jī)器內(nèi)部的米糠殘留量最少，碾白室的下部有回轉(zhuǎn)式排出器，有助于米糠順利排出機(jī)外；6.結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，特殊設(shè)計的碾白室?guī)缀跏莻鹘y(tǒng)設(shè)備碾白面積的兩倍，而且該機(jī)占地小，產(chǎn)量高；表3.2 礱谷機(jī)主要參數(shù)型號VTA7C糙米處理量4-6(t/h)電機(jī)37kw-6p主軸轉(zhuǎn)速700r.P.m風(fēng)量40m3/min靜壓-100- -150mmAq外形尺寸1,447×850×

30、1,989(mm)5 觸摸屏的介紹本次設(shè)計采用MCGS觸摸屏，MCGS 即"監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)"，英文全稱為Monitor and Control Generated System。作為工業(yè)過程控制和實(shí)時監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計算機(jī)系統(tǒng)軟件MCGS，它的功能十分完善，不僅操作簡便、可視性好，而且具有可維護(hù)性強(qiáng)等突出特點(diǎn)。MCGS為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從設(shè)備驅(qū)動（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等各環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用，用戶只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，進(jìn)行方案設(shè)計和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)

31、。在這次大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計中，觸摸屏的使用加深了自動化的程度，我們不僅可以通過PLC的在上位機(jī)的線上監(jiān)控功能查詢加工情況，更能直接通過MCGS直觀圖像獲取我們大米加工所進(jìn)行的流程，大米實(shí)時加工量，及歷史加工量的記錄，也能直觀的找到報警記錄，同時我們可以直接在觸摸屏上對加工物料量進(jìn)行調(diào)整設(shè)置等，極大地便利了加工生產(chǎn)線的操作。系統(tǒng)所需主要元器件及功能要求表如下所示。表3.3 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用于檢測稱量漏斗和預(yù)量漏斗的原料

32、到位情況4稱重傳感器NS-TH161用來測稻谷的重量輸出010V量程：0500Kg5真空泵1.5Kw1通過真空管把原料顆粒吸入吸料缸內(nèi)6振動電機(jī)0.5Kw1電機(jī)振動使碎米粒篩選出去7鼓風(fēng)機(jī)37Kw1通過鼓風(fēng)將谷糙分離8礱谷機(jī)HR10C1給稻谷脫殼9碾米機(jī)VTA7C1糙米3.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計對系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計，主要包括I/O點(diǎn)數(shù)的估算、模塊選型、I/O地址分配和電路設(shè)計。3.2.1 PLC控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的估算由大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的PLC自動控制結(jié)構(gòu)示意圖以及工藝流程圖可得：大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)需要兩個模擬量輸入通道：1個稱重傳感器檢測原料重量，1個壓力傳感器用來檢測礱缸內(nèi)

33、的壓力。系統(tǒng)還要求6臺電機(jī)運(yùn)行，所以需接接觸器線圈。還應(yīng)用到大量的電磁閥及少量的開關(guān)和按鈕等器件。所需各元器件功能及所占PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)見表3.2，表3.3，表3.4。由表可知，本次設(shè)計的泡沫發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)的輸入模擬量是2個通道，輸入開關(guān)量點(diǎn)數(shù)是6，輸出點(diǎn)數(shù)是22。表3.2 模擬量輸入所需各元器件功能及所占PLC通道項目名稱模擬量輸入通道備 注總通道稱量測量變送模塊1一次礱谷所需原料顆粒的重量1個通道表3.3 開關(guān)量輸入所需各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項目名稱開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)備注總點(diǎn)數(shù)按鈕3啟動與停止X點(diǎn)：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3.4 開關(guān)量輸出所需

34、各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項目名稱開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)備注總點(diǎn)數(shù)電磁閥16控制原料落入，空氣輸入等Y點(diǎn)：22報警1在壓力過高時進(jìn)行自動報警接觸器線圈8控制6臺電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)3.2.2 PLC及主要模塊的選型FX-2N主機(jī)的型號規(guī)格種類較多，以適應(yīng)不同需求的控制場合。三菱公司FX-2N系列產(chǎn)品有：FX-16MR、FX-32MR、FX-48MR、FX-64MR、FX-80MR、FX-128MR。FX-48MR系列產(chǎn)品指令豐富、速度快、具有較強(qiáng)的通信能力。根據(jù)需求本設(shè)計用FX-48MR模塊，其I/O總數(shù)為48點(diǎn)。FX2N-48MR-001是日本三菱公司的可編程控制器(PLC), 繼電器輸出及輸入24點(diǎn),輸出

35、24點(diǎn).FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶存儲器8Kb，可擴(kuò)展到16K步，最大可擴(kuò)展到256個I/O點(diǎn)，可有多種特殊功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計數(shù)、A/D、D/A、等）。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集。通過通信擴(kuò)展板或特殊適配器可實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。模擬量信號是種連續(xù)變化的物理量，如電流、電壓、溫度、壓力、位移、速度等。工業(yè)控制中，要對這些模擬量進(jìn)行采集并送給PLC的CPU，必須先對這些模擬量進(jìn)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。模擬量輸入模塊就是用來將模擬信號轉(zhuǎn)換成PLC所能接受的數(shù)字信號的。生產(chǎn)過程的模擬信號是多種多樣的，類型和參數(shù)大小也不相同，所以，一般先用現(xiàn)

36、場信號變送器把它們變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(如420mA的直流電流信號、15V的直流電壓信號等)，然后再送入模擬量輸入模塊將模擬且信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，以便PLC的CPU進(jìn)行處理。模擬量輸入模塊一般由濾波、模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換，光耦合等部分組成。光耦合器有效地防止了電磁干擾，對多通道的模擬量輸入單元，通常設(shè)置多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行通道的切換，且在輸出端設(shè)置信號寄存器。模擬量輸入模塊設(shè)有電壓信號和電流信號輸入端。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(jìn)入PLC內(nèi)部電路14。本次設(shè)計就采用FX2N-4AD的4通道模擬量特殊模塊。FX2N-4AD模擬特殊模塊有四個輸入通道。輸入通

37、道接收并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這稱為A/D轉(zhuǎn)換。FX2N-4AD最大分辨率是12位，基于電壓或電流的輸入/輸出的選擇通過用戶配線來完成，可選用的模擬值范圍是-10V到10VDC(分辨率5mV),或者4到20mA,-20到20mA(分辨率:20A) FX2N-4AD和FX2N主單元之間通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N-4AD共有32個緩沖存儲器(每個16位)，F(xiàn)X2N-4AD占用FX2N擴(kuò)展總路線的8個點(diǎn).這8點(diǎn)可以分配成輸入或輸出.FX2N-4AD消耗FX2N主單元成有源擴(kuò)展單元5V電源30mA的電流。3.2.3 控制系統(tǒng)的I/O地址分配由上述對I/O點(diǎn)的估算，根據(jù)控制系統(tǒng)要求利用PLC控制的信號

38、的分布情況，綜合考慮各輸入、輸出點(diǎn)的性質(zhì)，對各輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行分組分配。其對應(yīng)PLC輸入/輸出地址分配如表3.5所示。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(yù)量漏斗開關(guān)門電磁閥Y2S4觸摸屏集中控制X3KV3預(yù)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

39、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(jī)運(yùn)行Y22KM3鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行Y23KM4振動電機(jī)運(yùn)行Y24KM5壟谷電機(jī)運(yùn)行Y25KM6碾米電機(jī)運(yùn)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)Y303.2.4 控制系統(tǒng)電路設(shè)計為了保證大米加工集中控制系統(tǒng)的高度可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用了一系列控制措施。如接直流電源的輸出口并聯(lián)反向二極管續(xù)流電路，接交流電源的輸出口并聯(lián)RC構(gòu)成續(xù)流電路，用以防止斷電產(chǎn)生高壓，擊壞PLC輸出口。在對PLC供電時，是通過了ARV穩(wěn)

40、壓電源再給PLC供電的，這種高精度全自動交流穩(wěn)壓器AVR系列是引進(jìn)了臺灣技術(shù)并結(jié)合我國電力實(shí)況設(shè)計而開發(fā)的一種新型高精度全自動交流穩(wěn)壓器，廣泛應(yīng)用于PCB、CNC等多種進(jìn)口機(jī)械設(shè)備中。產(chǎn)品具有容量大、精度高、無波形畸變，并具有過壓、欠壓、過載自動保護(hù)功能。使用安全可靠，維護(hù)簡便。這樣不僅可以防止人員觸電事故，也能保證整個控制系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。在對各個電機(jī)供電時，是經(jīng)過斷路器、接觸器及熱繼電器后再給電機(jī)供電的，這樣對電路的過壓、過流、過載及欠壓等常見故障能迅速起到自動保護(hù)作用。電機(jī)接線圖見附錄A。第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計在對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)PLC控制系統(tǒng)工藝流程和系統(tǒng)控

41、制要求，對PLC進(jìn)行了軟件設(shè)計。4.1 PLC控制系統(tǒng)的流程圖根據(jù)設(shè)計的要求，PLC實(shí)現(xiàn)以下功能:真空吸料：用一臺真空泵將待加工原料吸入吸料漏斗，保證原料的稱料供應(yīng)；稱量設(shè)定：面板人工設(shè)置一次加工稻谷需要量，通過稱重傳感器實(shí)現(xiàn)自動稱量控制；壟谷控制：檢測壟谷缸內(nèi)的原料位置，到達(dá)設(shè)定值時實(shí)現(xiàn)自動礱谷控制； 大米接收：礱谷完畢，啟動鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行谷糙分離，分離出的糙米進(jìn)入碾米缸繼續(xù)加工，加工后，自動打開缸門，利用高壓空氣將經(jīng)過篩選的大米送入料倉。根據(jù)系統(tǒng)工藝對控制的要求，可詳細(xì)寫出控制系統(tǒng)的流程圖，系統(tǒng)的PLC流程圖如圖4.1所示：開始電磁閥門KV1，KV16打開通入高壓空氣，使稻谷迅速落入預(yù)量漏斗。

42、YN光電傳感器1有信號？真空泵運(yùn)行，稻谷進(jìn)入吸料缸內(nèi)。KV5、KV6、KV7 OFF；礱谷電機(jī) ON；YN放料結(jié)束？KV2、KV3、KV4 OFF；KV5、KV6、KV7 ON，使稻谷迅速落入礱谷缸。YN稱量結(jié)束？YN放料結(jié)束？KV1、KV16、真空泵OFF；KV2、 KV3、KV4 ON，使稻谷迅速落入預(yù)量漏斗。Y真空泵持續(xù)運(yùn)行N光電傳感器2有信號？圖4.1系統(tǒng)流程圖振動電機(jī)、KV14、KV11、KV12、KV15 OFF，一次大米加工結(jié)束，等待下次加工指示YN放料結(jié)束？碾米電機(jī)OFF；振動電機(jī)、KV14、KV11、KV12、KV15 ON，篩選的大米進(jìn)入料倉YN碾米結(jié)束？鼓風(fēng)機(jī)、KV8、K

43、V10、KV9 OFF；碾米電機(jī)ON；NY放料結(jié)束？礱谷電機(jī) OFF； 鼓風(fēng)機(jī)、KV10、KV8、KV9 ON；篩選的糙米進(jìn)入碾米缸YN礱谷結(jié)束？4.2 PLC常用的程序設(shè)計方法 應(yīng)用程序設(shè)計過程中，應(yīng)正確選擇能反映生產(chǎn)過程的變化參數(shù)作為控制參量進(jìn)行控制；應(yīng)正確處理各執(zhí)行電器、各編程元件之間的互相制約、互相配合的關(guān)系，即聯(lián)鎖關(guān)系。應(yīng)用程序的設(shè)計方法有多種，常用的設(shè)計方法有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法、順序功能圖法等16。 1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法要求設(shè)計者具有較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，掌握較多的典型應(yīng)用程序的基本環(huán)節(jié)。根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗(yàn)選擇基本環(huán)節(jié)，并把它們有機(jī)地組合起來。其設(shè)計過程是逐步完善的

44、，一般不易獲得最佳方案，程序初步設(shè)計后，還需反復(fù)調(diào)試、修改和完善，直至滿足被控對象的控制要求。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法的設(shè)計不規(guī)范，沒有一個普遍的規(guī)律可遵循，具有一定的試探性和隨意性，對于同一被控對象，設(shè)計出的程序不是惟一的，程序設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)的設(shè)計，由于聯(lián)鎖關(guān)系復(fù)雜，用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法進(jìn)行設(shè)計一般難于掌握，且設(shè)計周期較長，設(shè)計出的程序可讀性差，即使有經(jīng)驗(yàn)的工程師閱讀它也很費(fèi)時。同時，給日后產(chǎn)品的使用、維護(hù)帶來諸多不便。對于簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計，用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法進(jìn)行設(shè)計簡單、易行，可以收到明顯的效果。對于一些舊設(shè)備的改造也可采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法，借鑒原設(shè)備繼電器控制電路圖，并綜合考慮PLC

45、特點(diǎn)，加以修改和完善，可較方便地得到符合控制要求的程序。2.順序功能圖法順序功能圖（SFC，Sequential Function Chart）采用IEC標(biāo)準(zhǔn)的語言，用于編制復(fù)雜的順控程序。利用這種先進(jìn)的編程方法，初學(xué)者也很容易編出復(fù)雜的順控程序，大大提高了工作效率，也為調(diào)試、試運(yùn)行帶來許多言傳的方便。順序功能圖用以全面描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性，而不涉及系統(tǒng)所采用的具體技術(shù)沒。順序功能圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件及動作（或命令）組成。 順序功能圖指令可以用梯形圖表示，在順序功能圖中，將狀態(tài)（S）看作是一個控制工序，從中將輸入條件與輸出控制按順序編成。這種控制的最大特點(diǎn)是在工序

46、進(jìn)行時，與前一工序不接通，以各道工序的簡單順序，即可控制設(shè)備。本次的大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)既可以選擇一般的梯形圖，也可選用順序功能圖，最終選擇經(jīng)典的梯形圖。4.3 系統(tǒng)程序的編寫4.3.1 主要程序模塊1.報警系統(tǒng)在PLC控制系統(tǒng)發(fā)生事故、故障時都應(yīng)發(fā)出報警信號，一般是聲光報警信號。在整個工藝流程中必須注意做好實(shí)時報警檢測，因?yàn)樵谡麄€流程中如果中間出現(xiàn)故障又不能及時地發(fā)現(xiàn)并處理的話，對整個大米加工生產(chǎn)線控制系統(tǒng)來說都是非常大的損失。2.真空吸料通過真空管用一臺真空泵將待發(fā)原料吸入吸料漏斗，保證原料的稱料供應(yīng)。真空泵運(yùn)行的條件是吸料漏斗開關(guān)門電磁閥KV1處于關(guān)閉狀態(tài)，且吸料漏斗中原料未滿（由

47、光電開關(guān)1測量），如果符合條件，則啟動真空泵，當(dāng)原料滿后，停止運(yùn)行真空泵，等待條件符合，繼續(xù)運(yùn)行。3.原料從吸料漏斗進(jìn)入預(yù)量漏斗開KV1，原料從吸料漏斗進(jìn)入預(yù)量漏斗。開KV1的條件是吸料漏斗原料已滿（由光電開關(guān)1測量），預(yù)量漏斗原料未滿（由光電開關(guān)2測量），且電磁閥KV2處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)原料滿后，關(guān)閉電磁閥KV1。4. 原料從預(yù)量漏斗進(jìn)入稱量漏斗開電磁閥KV2和高壓空氣閥KV3、KV4，原料從預(yù)量漏斗進(jìn)入稱量漏斗。原料進(jìn)入稱量漏斗的條件是預(yù)量漏斗原料滿，稱量漏斗原料為0，且電磁閥KV7處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)原料稱好后，關(guān)閉電磁閥KV2和高壓空氣閥KV3、KV4。5.原料從稱量漏斗進(jìn)入壟谷缸開電磁閥K

48、V7、KV8和高壓空氣閥KV5、KV6，原料從稱量漏斗進(jìn)入壟谷缸。原料進(jìn)入壟谷缸的條件是稱量漏斗原料已稱好，出料口門關(guān)閉到位，且壟谷缸的上一個狀態(tài)為出料。當(dāng)原料放完后（稱量為0），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(jìn)入壟谷缸后，當(dāng)內(nèi)部壓力滿足所需要求，啟動壟谷電機(jī)。待壟谷部分結(jié)束后，關(guān)閉壟谷電機(jī)，然后打開出料門，開鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)行谷糙分離，開電磁閥KV11、KV12和高壓空氣電磁閥KV9，KV10把壟好的糙米送到碾米缸，到設(shè)定時間，出料完畢，關(guān)閉KV11、KV12電磁閥和高壓空氣電磁閥KV9，KV10。7.碾米缸控制糙米進(jìn)入碾米缸后，在保證送料結(jié)束，KV11、K

49、V12和高壓空氣電磁閥KV9、KV10都關(guān)閉后，啟動碾米電機(jī)，達(dá)到設(shè)定時間后，碾米電機(jī)自動關(guān)閉，開振動電機(jī)，對加工的大米進(jìn)行振動篩選，選后的合格大米經(jīng)過高壓空氣送入料倉。4.3.2 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：0500,電壓輸出：010v，要求重量值0，300。第一步，將0，300對應(yīng)的電壓值x求出來；第二步，由電壓值計算出對應(yīng)的轉(zhuǎn)換值y。, , 大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的PLC端口接線圖見附錄B。第5章 遠(yuǎn)程監(jiān)控界面的設(shè)計在MCGS嵌入版中可以有多個用戶窗口和多個運(yùn)行策略，實(shí)時數(shù)據(jù)庫中也可以有多個數(shù)據(jù)對象。MCGS嵌入版用主控窗口、設(shè)備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個應(yīng)用系

50、統(tǒng)的人機(jī)交互圖形界面，組態(tài)配置出各種不同類型和功能的對象或構(gòu)件，同時可以對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。5.1 系統(tǒng)操作界面的設(shè)計進(jìn)入MCGS嵌入版組態(tài)環(huán)境后，單擊工具條上的“新建”按鈕，或執(zhí)行“文件”菜單中的“新建工程”命令，首先會出現(xiàn)彈出一個窗口,如下圖5.1所示,包括二個方面內(nèi)容:TPC類型選擇（在類型中列出所有TPC類型供選擇,并提供所選類型的TPC相關(guān)信息描述，包括TPC類型的分辨率,顯示器,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等）；工程背景選擇（新建工程時所有用戶窗口的背景顏色,用戶在組態(tài)工程過程中如果需要可以在對應(yīng)的窗口屬性中更改其背景色,不受影響）。圖5.1 新建工程示意圖5.1.1 組態(tài)用戶窗口MCGS嵌入版

51、以窗口為單位來組建應(yīng)用系統(tǒng)的圖形界面，創(chuàng)建用戶窗口后，通過放置各種類型的圖形對象，定義相應(yīng)的屬性，為用戶提供漂亮、生動、具有多種風(fēng)格和類型的動畫畫面。在組態(tài)時，只需要建立動畫構(gòu)件與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)對象的對應(yīng)關(guān)系，就能完成動畫構(gòu)件的連接，如對實(shí)時曲線構(gòu)件，需要指明該構(gòu)件運(yùn)行時記錄哪個數(shù)據(jù)對象的變化曲線；對報警顯示構(gòu)件，需要指明該構(gòu)件運(yùn)行時顯示哪個數(shù)據(jù)對象的報警信息。生成圖形界面的基本操作步驟：創(chuàng)建用戶窗口；設(shè)置用戶窗口屬性；創(chuàng)建圖形對象；編輯圖形對象。為實(shí)現(xiàn)這次的控制功能，主要組態(tài)了以下界面：l 系統(tǒng)操作界面用戶在該界面內(nèi)可以控制吸料漏斗和欲量漏斗進(jìn)料出料的啟停，查詢當(dāng)前輸出物料的重量，同時該界

52、面也能直觀的記錄單次礱谷及碾米所需時間，指示各個電磁閥的工作狀態(tài)和各個大米加工階段的運(yùn)行狀態(tài)。其詳細(xì)界面如下圖5.2所示：圖5.2 系統(tǒng)操作界面l 系統(tǒng)參數(shù)界面在系統(tǒng)參數(shù)界面內(nèi)，我們可以通過繪制一個吸料漏斗與欲量漏斗輸出流量變化的曲線，觀察并分析其時間關(guān)系，從而更精確的控制每次吸料漏斗吸料量和欲量漏斗存放量，同時該界面還有報警記錄功能，能準(zhǔn)確的知道哪個數(shù)據(jù)報警，能直接在界面設(shè)置內(nèi)設(shè)置單次定量輸送重量，但是為了防止非相關(guān)人員隨意更改數(shù)據(jù)，設(shè)定操作必須輸入密碼才能執(zhí)行，界面如下圖5.3所示：圖5.3 系統(tǒng)參數(shù)界面l 創(chuàng)建報表界面數(shù)據(jù)報表是反應(yīng)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的一種重要形式

53、。是生產(chǎn)過程必不可少的一個部分。數(shù)據(jù)報表既能反映系統(tǒng)實(shí)時的生產(chǎn)情況，也能對長期的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計、分析，使管理人員能夠?qū)崟r掌握和分析生產(chǎn)情況。昆侖通態(tài)MCGS提供內(nèi)嵌式報表系統(tǒng)，工程人員可以任意設(shè)置報表格式，對報表進(jìn)行組態(tài)。MCGS為工程人員提供了豐富的報表函數(shù)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計分析、報表打印等。既可以制作實(shí)時報表，也可以制作歷史報表。MCGS還支持運(yùn)行狀態(tài)下單元格的輸入操作，在運(yùn)行狀態(tài)下通過鼠標(biāo)拖動改變行高、列寬。另外，工程人員還可以制作各種報表模板，實(shí)現(xiàn)多次使用，以免重復(fù)工作。根據(jù)控制要求，建立了的報表界面應(yīng)具備如下功能：時間記錄，單次輸出重量記錄，當(dāng)日輸出總重量記錄，輸出總量清零，觸摸屏數(shù)據(jù)清零，打印權(quán)限允許。其界面如下圖5.4所示：圖5.4 報表界面5.2 工程下載點(diǎn)擊下載按鈕下載工程，下載時，先選擇運(yùn)行方式“模擬運(yùn)行”或“連機(jī)運(yùn)行”，點(diǎn)擊“工程下載”按鈕下載觸摸屏程序，下載完成后點(diǎn)擊“啟動運(yùn)行”按鈕運(yùn)行觸摸屏程序，如下圖5.5所示：圖5.5 工程下載對話框結(jié) 論本論文設(shè)計的大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)主要采用可編程序控制器(PLC)對整個系