大米加工生产线集中控制系统的设计

大米加工生产线集中控制系统的设计

第1章绪论

随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。而生产过程自动控制是自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。PLC于20世纪60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。1976年正式命名，并给予定义：PLC（Programmable logic Controller）是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。

随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。本次设计的大米加工生产线控制系统是以PLC为核心控制器，并结合昆仑组态软件MCGS，辅以光电传感器，继电器等实现的可远程控制的集成系统。它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。

1.1 本课题研究的目的、意义

现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用可编程序逻辑控制器（PLC）[1]控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。

本论文是对现在大量使用的大米生产线控制系统进行自动化设计改造。现有的控制系统很大部分是采用老式的继电器触点控制，系统故障率高，工人劳动强度大，系统设

备升级困难。大米生产过程中，如果系统控制不当，则会出现杂质、碎米率大、加工精度不易控制等问题。为了提高系统的自动化水平，解决大米生产中产生的这些问题，利用现代化的PLC与MCGS组态结合的集中控制技术，在一定程度上能够提高劳动生产率，改善劳动条件，克服人为的不稳定因素，为现代化的生产管理提供强有力的物质条件，以达到系统自动化控制和系统升级的目的。

1.2 PLC的简介

可编程序控制器（Programmable Logic Controller ）简称PLC, 是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机[2]。PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。

1.2.1 PLC的特点及应用

可编程序控制器（PLC）得以迅速发展和广泛使用的原因是由于它具有继电接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不具备的特点：

1．运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强

2．设计、使用和维护方便

3．编程语言直观易学

4．与网络技术相结合

5．体积小、质量轻、能耗低[3]

可编程控制器所具有的功能，使它既可用于开关量控制，又可用于模拟量控制；既可用于单机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。它的应用可大致归纳为如下几类：逻辑控制、运动控制、过程控制、数据处理、多级控制。

1.3 论文主要研究内容

本篇论文主要论述了如何用三菱FX-2N系列PLC设计大米加工生产线集中控制系统。从而实现系统所需要的各项功能，满足设计要求。本文研究内容主要是以PLC控制整个生产过程，其内容有以下几个方面：

1．接通电源开关后，将设备模式旋转到自动定量输送物料模式，将所有阀门旋转到关闭位置；

2．按下启动按钮，利用真空泵把原料吸进吸料漏斗内。由吸料漏斗落入预量漏斗，再由预量漏斗落入称量漏斗。通过称重传感器实现自动称量控制；

3．原料由称量漏斗进入砻谷缸，当原料达到砻谷缸设定的位置时，关闭进料阀门开始砻谷，砻谷后，启动鼓风机，进行谷糙分离，分离时，糙米预存缸的进料阀门打开；

4．谷糙分离完毕后，糙米预存缸内开始进行碾米，碾米结束后，起动振动电机筛选碾好的大米，利用鼓风机与高压空气推出大米，通过高压输管送入料笼。

1.4 论文组成

对大米加工生产线集中控制系统的设计论文主要从机械和电气两方面进行设计和说明。

第一章讲述的是课题研究意义和目的以及简单地介绍了以下PLC的有关内容如：PLC特点、PLC的应用和发展趋势、PLC的结构、PLC的工作方式等等。

第二章讲述系统概述及控制方案设计，包括制系统设计目标控制系统设计内容，大米加工生产线集中控制系统方案选择论证。

第三章是本次论文设计的核心部分之一：控制系统的硬件设计。它包括了控制系统分析及元件选择，PLC控制系统I/O点数的估算，PLC及主要模块的选型控制系统的I/O地址分配，控制系统电路设计。

第四章讲述的是软件设计。包括PLC控制系统梯形图，PLC控制系统程序的编制方法选择，主要模块程序设计和模拟量输入的算法设计。

第五章讲述的是监控界面的设计。包括系统操作界面，系统参数界面，报表界面，也是本设计的核心控制部分。

第2章控制系统方案设计

随着我国工业自动化水平的不断提高，对大米加工生产线集中控制系统的自动化程度也提出了更高的要求。传统的大米加工生产线多采用继电器[8]控制电路实现控制要求，机械触点多，可靠性差，控制设备体积大。近年来，随着计算机技术的发展，机械和电气化程度的提高，新技术产品PLC由于其特有的优点，已广泛地用于粮食加工行业。

2.1 大米加工生产线集中控制系统设计要求

2.1.1 控制系统设计目标控制系统设计内容

根据大米加工生产线集中控制系统设计的要求，要求达到以下目标:

1．设备具有全自动模式。

2．可远程监控大米加工情况，并对加工量进行历史记录。

3．保证出糙率和大米加工精度。

根据课题要求，该控制系统的设计主要有以下内容：

1．真空吸料：用一台真空泵将待发原料吸入吸料漏斗，保证原料的称料供应；

2．称量设定：面板人工设置一次加工需要量，通过称重传感器实现自动称量控制；

3．砻谷控制：检测垄谷缸内的原料位置，到达设定值时实现自动砻谷控制；

4．大米接收：砻谷完毕，启动鼓风机进行谷糙分离，分离出的糙米进入碾米缸继续加工，加工后，自动打开缸门，利用鼓风机和高压空气将经过筛选的大米送入料仓。

2.1.2 控制系统的主要工艺流程

如图2.1所示大米加工生产线集中控制系统的工艺流程图，可知该集中控制系统的工作过程大概如下：

原料先置于缸内或传送袋内，通过真空泵吸入吸料漏斗，由吸料漏斗再自动落入预量漏斗，由于吸料漏斗为真空，预量漏斗在此起缓冲作用。原料由预量漏斗落入称量漏斗，待光电开关检测到原料达到设定位置时，关闭放料阀门，进行称量，取得数据后，