粮食烘干机自动控制系统设计_毕业论文

江苏科技大学
本 科 毕 业 设 计（论文）
学 院 电子信息学院
专 业 电气工程及其自动化专业
学生姓名学生姓名
班级学号班级学号
指导教师指导教师
二零二零 年六月年六月
江苏科技大学本科毕业论文
粮食烘干机自动控制系统设计
Design of automatic control system of grain dryer
摘 要
我国至今为止，各项事业蓬勃发展，尤其是粮食生产加工的发展一直受到国家党中央的高度重视。

粮食生产是国家发展的根基，万民平安和谐发展的源头。

而每年由于粮食烘干不及时而造成的粮食腐烂、浪费给国家民生和经济都会造成巨大的损失，所以解决粮食的烘干问题具有很大的意义。

巨大的损失，所以解决粮食的烘干问题具有很大的意义。

本课题主要是在JX-300X 组态软件包的基础上，对粮食烘干机自动控制系统进行组态进行组态((包括主机、操作站、数据转发卡、包括主机、操作站、数据转发卡、I/O I/O 卡件、卡件、I/O I/O 测试信号点、回路、流程图等的设置流程图等的设置))、编译、监控。

通过控制粮食在烘干塔内的停留时间与干燥过程中干燥段和冷却段入口风的温度与压力来控制烘干塔出口处的粮食含水量，使其出口处的粮食含水量达到1414±±0.5%0.5%左右，以满足国家粮食的储存标准。

最后，通左右，以满足国家粮食的储存标准。

最后，通过现场试验，模拟储存仓的单回路控制，来控制粮仓储量以及粮食下放的流量。

同时，通过毕业设计充分了解了JX-300X 组态软件的强大，也希望本课题可以作为基于JX-300X 组态系统等相关试验的参考依据。

组态系统等相关试验的参考依据。

关键词 ：粮食烘干机；自动控制系统；组态；监测
Abstract
Our country so far, the cause of vigorous development, especially the development of food production and processing of the CPC Central Committee has always attached great importance by the state. Food production is the foundation of national development, and the people safe and harmonious development of the source. And every year due to grain drying is not timely rot caused by food waste to the country's livelihood and the economy will result in huge losses, so to solve the problem of food drying of great significance.
The main subject is in the JX-300X configuration package, based on the grain dryer automatic control system configuration (including the host, operating station, data forwarding card, I / O cards, I / O test signal points , loop, flow charts and other settings), compiling, monitoring. Food in the drying tower by controlling the residence time of the drying process of drying and cooling sections with the inlet air pressure to control the temperature at the outlet of the drying tower grain moisture content, grain moisture content at the outlet to reach 14 ± 0.5 percent, in order to meet national food storage standards. Finally, field tests, simulated storage silos single-loop control, to control the granary reserves and food decentralized traffic. Meanwhile, graduation design fully understand JX-300X powerful configuration software also hope this project can serve as JX-300X-based configuration system and other related tests of
reference.
Keyword ：Grain dryer ；Automatic control system ；Configuration ；Monitor
目 录
第一章 绪论 (1)
1.1研究背景 (1)
1.2 国内外研究现状与研究的局限性 (1)
1.3 本文的主要研究内容 (4)
第二章 JX-300组态软件介绍 (5)
2.1 JX-300组态软件简介 (5)
2.2 集散控制简介 (6)
2.3 SCKey组态软件特点 (6)
第三章 烘干机简介 (7)
3.1 粮食的干燥原理 (7)
3.2 粮食的干燥条件 (7)
3.3 干燥设备的分类 (8)
第四章系统组态设计 (9)
4.1整理硬件及I/O信息，分配测点 (9)
4.2 建立组态文件 (11)
4.3 主机设置与操作站设计 (12)
4.4 控制站I/O组态 (13)
4.5 控制方案的组态 (14)
4.6 操作小组组态 (17)
第五章 仿真与现场模拟调试 (24)
5.1系统总貌实时监控画面分析 (24)
5.2 系统控制分组实时监控画面分析 (24)
5.3 系统监控趋势图分析 (25)
5.4 系统流程图监控图分析 (26)
5.5 系统一览监控图分析 (26)
5.6现场模拟调试 (27)
结 论 (31)
致 谢 (32)
参考文献 (33)
1
第一章 绪论
1.1 研究背景
我国是传统的农业生产大国，保证粮食生产是关系到国民经济的关键所在。

在现今土地资源日益减少的情况下，农产品问题更加重要。

提高现有农产品质量和产量就必须重视谷物的机械化干燥问题。

对于粮食的生产和消费，我国是世界上最大的国家，年粮食总产量约上最大的国家，年粮食总产量约55亿吨。

据统计，在我国，粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输等处理过程中的损失率高达运输等处理过程中的损失率高达151515％，％，远远超过远远超过55％的联合国粮农组织所规定的标准。

在上述的这些损失中，究其原因，每年气候潮湿，刚刚收获的潮湿粮食来不及晒干或未达到安全规定储存水分造成霉变、发芽等原因造成的损失的粮食量高达的粮食量高达55％，若按粮食年产量％，若按粮食年产量55亿吨来计算，相当于亿吨来计算，相当于250025002500万吨粮食。

若按照万吨粮食。

若按照每人每天食用一斤粮食计算，足够每人每天食用一斤粮食计算，足够66．8万人一年的粮食用量。

在南方地区霉雨季节偏长的省份节偏长的省份((比如江苏、湖北、上海、浙江以及安徽浙江以及安徽) )
粮食霉烂损失率每年高达1010％左右，而对于东北地区，平均每三年的麦收时期就有一年是雨季，粮食收获％左右，而对于东北地区，平均每三年的麦收时期就有一年是雨季，粮食收获后特别需要用粮食干燥机械对粮食及时烘干处理，由此可见，粮食干燥是一个不容忽视的环节。

因此，发展和改进粮食干燥机械化技术，改变靠天吃饭的传统被动局面，使到手的粮食损失降低到最低点。

通过运用粮食烘干机烘干粮食再储存，可以大大的减少以上出现的多项问题。

并且粮食烘干机具有自己的特点，既不受天气的干扰制约，天气的干扰制约，而且能实现粮食干燥的机械化、而且能实现粮食干燥的机械化、而且能实现粮食干燥的机械化、自动化，自动化，自动化，干燥时间短、干燥时间短、干燥时间短、功效高、功效高、投资少。

从这一意义上说，粮食的干燥技术也是现代化比田间农业的重要手段，也是粮食丰产、丰收的重要保障条件。

也是粮食丰产、丰收的重要保障条件。

1.2 国内外研究现状与研究的局限性
1．国内粮食干燥技术的发展历史．国内粮食干燥技术的发展历史
我国关于粮食干燥机械方面的推广发展大概有我国关于粮食干燥机械方面的推广发展大概有505050多年历史，从解放初期开始多年历史，从解放初期开始仿制日本、苏联等国家的烘干技术开始的，在当时的年代，粮食烘干机基本在大型农场和粮库应用，型农场和粮库应用，606060——7070年代我国自主设计了多种中、小型粮食烘干机，它们年代我国自主设计了多种中、小型粮食烘干机，它们多数使用在农场生产队和农村生产联队。

多数使用在农场生产队和农村生产联队。

808080——9090年代间设计生产了多种大、中型年代间设计生产了多种大、中型粮食烘干机，主要应用于国营农场等地方，主要用于烘干玉米和小麦。

粮食烘干机，主要应用于国营农场等地方，主要用于烘干玉米和小麦。

909090年代之年代之
后，随着改革开放的深入进展，农村经济方面和生产力方面水平有了较大的提高，集约化、专业化的规模经营也有了更多的发展，尤其从集约化、专业化的规模经营也有了更多的发展，尤其从199719971997年起，国外通用型干年起，国外通用型干燥机和种子专用干燥机等进入我国市场，这使我国干燥机械开始逐步普及，而且另一方面也带动了南方水稻产区粮食烘干机械化技术的发展。

另一方面也带动了南方水稻产区粮食烘干机械化技术的发展。

当前，当前，浙江、江苏、广东、福建等地这种干燥机基本己达广东、福建等地这种干燥机基本己达200020002000多台。

尤其是国有农垦系统、大型粮库多台。

尤其是国有农垦系统、大型粮库的粮食和种子生产基地，逐步装备起了成套的粮食烘干设备，并且与加工、储存等设施构成一体化，成为了我国粮食烘干设备的主要应用代表。

而且一些有关科研单位和一些大专院校也相继研制出了不错的粮食烘干设备，以此应用于国内农业和粮食系统。

粮食烘干设备的发展与应用，逐渐使得粮食生产机械化技术走向成熟与完善，同时这也加快了农业生产进步的现代化步伐。

成熟与完善，同时这也加快了农业生产进步的现代化步伐。

2．国内谷物干燥的现状与发展趋势．国内谷物干燥的现状与发展趋势
虽然中国的粮食烘干机械有近虽然中国的粮食烘干机械有近505050年的发展历史，但是从一个全国性的角度来年的发展历史，但是从一个全国性的角度来看，中国的粮食干燥仍然有很多突出的矛盾：对整体而言粮食烘干能力仍然不足，粮食烘干后质量依然较差，烘干的能源成本高，缺乏合适的经营模式，推广使用效果不佳等。

目前，中国的主要谷物烘干机械主要应用于大型粮食存储仓库，国有土地农垦系统的种子，商品粮基地与大型粮食烘干机，广大的农村地区现以自然干燥为主。

随着农村劳动力的转移和粮食产量的逐步提高，仅仅依靠大型粮库和农垦部门来采用大型粮食烘干机械烘干粮食的工作方式已经远远不能及时有效地完成应有的粮食干燥工作，同时大型的粮食烘干设施投建成本过高，占地面积过大，在农闲期间就只能闲置不用，增加了运营等成本费用，这样就难以实现粮食干燥服务的市场化和社会化，不适合大量地建造推广。

因此，发展中、小型粮食烘干机自动控制设备来作为大型粮食烘干设备的补充形式，将更加适合在农村和农户中推广使用，这也是提高我国粮食烘干机械化应用水平的有效途径，也将是未来我国粮食烘干设备机械化技术的发展方向。

是未来我国粮食烘干设备机械化技术的发展方向。

3、对于美国苏联等发达国家，他们的粮食干燥机械技术的发展基本是在20世纪40年代左右开始的，年代左右开始的，50-6050-60已取得很大程度的进展，已取得很大程度的进展，已基本具备机械化的粮已基本具备机械化的粮食烘干机，食烘干机，粮食烘干技术在粮食烘干技术在60-70年内已实现自动化的发展年内已实现自动化的发展,70-80,70-80年间，年间，研究目研究目标开始转向粮食干燥机械设备的节能，高品质，高效率，降低成本，以及计算机控制的发展方向，控制的发展方向，9090年后的粮食烘干设备已达到标准化，系列化的程度。

随着粮
食烘干设备的快速发展，世界上的多数发达国家在粮食生产时基本都采用粮食烘干机械设备。

如日本约9090％的大米、％的大米、美国约8585％的玉米均使用机械来干燥，％的玉米均使用机械来干燥，这些国家计算机技术发展迅速，基本上都是通过计算机来开展试验的模拟，设备的设计和整体管理，自动化程度高。

根据食物的主要用途，侧重于维护食品质量和品质，采用低能耗技术，选择干燥工艺参数，效果是比较成功的。

日本是粮食干燥地区机械化程度在世界上最高的之一。

日本采取政府补贴，并全面实施支持服务，以支持日本粮食烘干机以及农业的发展。

其集约化生产程度较高，粮食烘干机械化率已经基本达到了9292％，％，走上了一系列农业生产和产业化。

走上了一系列农业生产和产业化。

日本机械化谷物干日本机械化谷物干燥的发展历史经历了平床干燥机站，依次循环式干燥机，最后是连续运动式干燥机。

对于干燥方法日本主要采用两种（小型烘干机主要是循环干燥设备，大型粮食烘干燥机械和设备大多是连续移动）。

，日本主要有两种方法来促进其国民使用粮食烘干机，一种主要是由农业协会建立的大型粮食烘干中心，另一个是由一个单一的家庭或生产商使用的小型粮食烘干机组合购买，一般的农民多采用后者的方法，以提高粮食的品质，也是为了增加收入。

在粮食烘干机的推广方面的功劳主要可以归结为日本农业协会，成员在分析经济的基础性作用后，一般投资于股票的股份，自负盈亏，自我管理，在操作的主体作用下，通过在各种基层组织来提供植物的选择和服务，更重要的是，要帮助建立与服务中心相结合的干燥方法，使用由制造商提供的设备，为广大农民粮食烘干设备提供处理，存储和服务。

4.4.目前粮食烘干机械化发展存在着认识上的误区：首先，我国人多地少，我目前粮食烘干机械化发展存在着认识上的误区：首先，我国人多地少，我国农民实行家庭联产承包制度，经营规模一般较小、收入低低，没有发展机械化干燥的必要。

二是认为自然的干燥手段比机械干燥要优越。

实际上刚刚收获的粮食在一个小时之内及时干燥与放置数个小时甚至数日再进行干燥相比，最后的米质将大不一样。

比如在日本，粮食含水率约为质将大不一样。

比如在日本，粮食含水率约为242424％，如果放置％，如果放置％，如果放置101010小时再进行机械小时再进行机械烘干，就只能用作饲料粮。

而收后直接干燥处理的稻谷，价格高于我国米价价格高于我国米价11～10倍。

三是认为用机械来烘干粮食投资较大、成本较高，农民普遍可能承受不了。

根据诸多方面的调查分析，一套干燥设备一套干燥设备252525万元到万元到万元到120120120万元不等，万元不等，基本可以使用基本可以使用1515年，约年，约33～6年便可收回成本，这样投资回报率也不算低；再者，机械干燥的直接成本与人工自然干燥方式相比，前者大大低于后者；如若综合分析进行规模化作业生产和计算粮食破碎、抛洒、损失、霉烂品质下降等因素，自然干燥成本是机
械干燥成本的械干燥成本的33倍多。

倍多。

相比之下，相比之下，相比之下，机械干燥是节本增效之举。

机械干燥是节本增效之举。

机械干燥是节本增效之举。

此外，此外，此外，由于缺乏现有由于缺乏现有的可供借鉴的发展模式、运行机制及管理体制，增加了开展此项工作的难度。

5.5.许多专家学者对粮食烘干技术推广方面都做了不同程度研究，但是由于我许多专家学者对粮食烘干技术推广方面都做了不同程度研究，但是由于我国在粮食烘干机械的推广方面受政策性的影响比较大，所以适应市场经济自主发展的机会相对较少，最终导致粮食烘干机械的推广应用效果并不理想，虽然国内越来越多的专家已经开始从方方面面来研究粮食烘干机在使用成本方面的问题，但是很多的也只是从实验的角度出发，考虑如何降低粮食烘干使用成本的问题，但在结合实际应用情况下，以及选择什么样的运营模式来进行综合分析的人则很少。

而且实际上因为在粮食烘干推广领域，由于采用不同推广运营模式会带来使用成本的很大变化。

希望研究结果可作为进行科学合理选用和推广谷物烘干机械的参考依据。

的参考依据。

1.3 本文的主要研究内容
本文在对粮食烘干机的总体框架、工作原理进行深入了解之后，首先对粮食烘干机进行框架设计，将其转化为实验软件烘干机进行框架设计，将其转化为实验软件JX-300JX-300JX-300组态软件环境下的实验对象。

组态软件环境下的实验对象。

对粮食烘干机的各个部分进行设计，组态，构成一个完整的实验对象。

对粮食烘干机的各个部分进行设计，组态，构成一个完整的实验对象。

其主要内容如下：其主要内容如下：
（1） 讲述相关知识背景，即粮食烘干机的组成，工作原理以及在国内外的发展
状况。

状况。

（2） 对粮食烘干机工作原理进行综述，解析粮食烘干机工作机理。

对粮食烘干机工作原理进行综述，解析粮食烘干机工作机理。

（3） 对粮食烘干机控制系统的主要工作部分在对粮食烘干机控制系统的主要工作部分在JX-300JX-300JX-300组态软件环境下进行软件组态软件环境下进行软件
组态，仿真。

并详细讲解了组态过程以及简单的硬件介绍。

组态，仿真。

并详细讲解了组态过程以及简单的硬件介绍。

（4） 利用现有的实验器材，对组态好的软件系统进行个别部分的现场试验、调
试，以深入掌握粮食烘干机工作原理。

试，以深入掌握粮食烘干机工作原理。

第二章 JX-300组态软件介绍
2.1 JX-300组态软件简介
JX-300X JX-300X的基本组成包括工程师站（的基本组成包括工程师站（的基本组成包括工程师站（ES ES ES）、操作站（）、操作站（）、操作站（OS OS OS）、控制站（）、控制站（）、控制站（CS CS CS）和通）和通讯网络讯网络SCnet SCnet II 。

通过在。

通过在JX-300X JX-300X JX-300X的通讯网络上挂接总线变换单元（的通讯网络上挂接总线变换单元（的通讯网络上挂接总线变换单元（BCU BCU BCU）可实现）可实现与JX-100JX-100、、JX-200JX-200、、JX-300JX-300系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU CIU CIU））可实现可实现JX-300X JX-300X JX-300X与与PLC PLC等数字设备的连接；等数字设备的连接；通过多功能计算站（MFS MFS））和相应的应用软件软件AdvanTrol-PIMS AdvanTrol-PIMS AdvanTrol-PIMS可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络
（Intranet Intranet）环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录）环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理、控制全集成综合自动化。

自动化。

X-300X X-300X X-300X覆盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成覆盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能，除了具有模拟量信号输入输出、数字量信号输入输出、回路控制等常规回路控制等常规DCS DCS DCS的功能，的功能，还具有高速数字量处理、高速顺序事件记录（SOE SOE））、可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功能块图（可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功能块图（SCFBD SCFBD SCFBD）、梯形图（）、梯形图（）、梯形图（SCLD SCLD SCLD））等直观的图形组态工具，又为用户提供开发复杂高级控制算法（如模糊控制）的类C 语言编程环境语言编程环境SCX SCX SCX。

系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到。

系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成。

JX-300X JX-300X控制站以先进的微控制器控制站以先进的微控制器（30MHZ Philips P51XA P51XA））为核心，提高了系统的实时性和控制品质，系统能完成各种先进的控制算法：过程管理级采用高性能程管理级采用高性能CPU CPU CPU的主机和的主机和的主机和WINDOWS95/NT WINDOWS95/NT WINDOWS95/NT的多任务操作系统，的多任务操作系统，
以适合集散控制系统良好的操作环境和管理任务的多样化；过程控制网络采用双重化制系统良好的操作环境和管理任务的多样化；过程控制网络采用双重化Ethernet Ethernet 网技术，使过程控制级能高速安全的协调工作，做到真正的分散和集中。

网技术，使过程控制级能高速安全的协调工作，做到真正的分散和集中。

高速、可靠、开放的通讯网络高速、可靠、开放的通讯网络SCnet II JX-300X SCnet II JX-300X 系统控制网络系统控制网络SCnet SCnet
Ⅱ连接工程师站、操作站、控制站和通讯处理单元。

通讯网络采用总线形或星形拓扑结构，曼彻斯特编码方式，遵循开放的遵循开放的TCP/IP TCP/IP TCP/IP协议和协议和协议和IEEE802.3IEEE802.3IEEE802.3标准。

标准。

SCnet Ⅱ采用1∶1冗余的工业以太网，冗余的工业以太网，TCP/IP TCP/IP TCP/IP的传输协议辅以实时的网络故障诊断。

其特点是的传输协议辅以实时的网络故障诊断。

其特点是可靠性高、纠错能力强、通信效率高。

通讯速率为可靠性高、纠错能力强、通信效率高。

通讯速率为10Mbps 10Mbps 10Mbps。

SCnet
Ⅱ真正实现了控制系统的开放性和互连性。

通过配置交换器控制系统的开放性和互连性。

通过配置交换器(SWITCH)(SWITCH)(SWITCH)，操作站之间的网络速度，操作站之间的网络速度
能提升至能提升至100Mbps 100Mbps 100Mbps，，而且可以接多个而且可以接多个SCnet SCnet Ⅱ子网，形成一种组合结构。

每个每个SCnet SCnet
Ⅱ网理论上最多可带Ⅱ网理论上最多可带102410241024个节点，最远可达个节点，最远可达个节点，最远可达10,00010,00010,000米。

目前已实现的网络可带载米。

目前已实现的网络可带载1515个控制站和个控制站和个控制站和323232个其它站。

个其它站。

个其它站。

2.2 集散控制简介
集散控制系统（集散控制系统（Distributed Control System --DCS Distributed Control System --DCS
），是一种以微处理器为基础的分散型综合控制系统。

DCS DCS综合了计算机技术，综合了计算机技术，网络通讯技术、自动控制技术、冗余及自诊断技术等先进技术，采用多层分级的结构形式，适应现代化生产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。

产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。

由于由于DCS DCS DCS系统的通用性和复杂性，系统的通用性和复杂性，系统的许多功能及匹配参数需要根据具体场合有用户决定。

例如：系统采集什么样的信号、采用何种控制方案、怎样控制、操作时需显示什么数据、如何操作等等。

另外，为适应各种特定的需要，集散系统备有丰富的统备有丰富的I/O I/O I/O卡件、卡件、各种控制模块及多种操作平台，用户一般根据自身的要求选择硬件设备，有关系统的硬件设备的配置情况也需要用户提供给系统。

当系统需要与另外系统进行数据通讯时，用户还需要将系统所采用的协议、使用的端口告诉控制系统。

以上需要用户为系统设定各项参数的操作即所谓的以上需要用户为系统设定各项参数的操作即所谓的“系统组态”“系统组态”。

SUPCON DCS DCS的组态工作通过组态软件的组态工作通过组态软件的组态工作通过组态软件SCKey SCKey SCKey来完成。

来完成。

来完成。

该软件用户界面友好，该软件用户界面友好，该软件用户界面友好，操操作方便，充分支持各种控制方案。

SCKey SCKey组态软件将帮助工程师有序且系统地完成组态软件将帮助工程师有序且系统地完成“系统组态”这一复杂工作。

“系统组态”这一复杂工作。

2.3 SCKey 组态软件特点
SUPCON DCS 系统的系统的系统的SCKey SCKey SCKey组态软件是一个全面支持该系统各类控制方案的组组态软件是一个全面支持该系统各类控制方案的组态软件平台。

该软件是运用面向对象（OOP OOP））技术和对象链接与嵌入（OLE2OLE2））技术，基于中文基于中文Windows Windows Windows系列操作系统开发的系列操作系统开发的系列操作系统开发的323232为应用软件。

为应用软件。

为应用软件。

SCKey SCKey组态软件通过简明的下拉菜单和弹出式对话框建立友好的人机对话界组态软件通过简明的下拉菜单和弹出式对话框建立友好的人机对话界面，并大量采用并大量采用Windows Windows Windows的标准控件，的标准控件，的标准控件，是操作保持了一致性，是操作保持了一致性，是操作保持了一致性，易学易用。

易学易用。

易学易用。

该软件采该软件采用分类的树状结构管理组态信息，使用户能清晰把握系统的组态状况。

另外，SCKey 组态软件还提供了强大的在线帮助功能，当用户在组态过程中遇到了问题，只须按F1F1键或选择菜单中的帮助项，就可以随时得到帮助提示。

键或选择菜单中的帮助项，就可以随时得到帮助提示。

键或选择菜单中的帮助项，就可以随时得到帮助提示。