基于PLC的粮食烘干机系统设计与实现

沈阳工学院毕业设计题目：基于PLC的粮食烘干机系统设计与实现院系：专业：班级学号：学生姓名：指导教师：成绩：年月日目录1 方案设计 01.1 设计任务要求 01.2 硬件方案设计 01.3 软件方案选择 (2)2 粮食烘干机系统的部分设计 (4)2.1 粮食烘干机系统的硬件选择 (4)2.1.1粮食烘干机控制系统的PLC选型 (4)2.1.2粮食烘干机控制系统的外围设备选型 (6)2.2 粮食烘干机系统的控制电路设计 (7)2.2.1粮食烘干机控制系统原理图 (7)2.2.2粮食烘干机控制系统I/O地址分配 (8)2.2.2粮食烘干机控制系统流程图 (10)3 粮食烘干机系统的软件设计 (11)3.1 设粮食烘干机系统控制程序设计 (11)3.2 设粮食烘干机组态监控设计 (12)3.3 设粮食烘干机控制系统组态通信 (14)参考文献 (16)附录A PLC程序 (17)附录B 组态画面 (20)附录C 组态程序 (20)1 方案设计采用PLC可编程控制器来实现粮食烘干控制系统的自动控制、烘干室温度、湿度的检测和自动控制、报警系统、保护系统、停止烘干系统的工作的全过程。

采用组态软件实现实时监控系统的设计。

本设计主要探讨以燃油烘干循环式粮食烘干机进行自动控制。

本设计共分为三大部分即系统软件设计部分、组态王设计部分、PLC基础知识。

第一部分主要介绍了组态王软件系统画面的设计，并可以用组态王软件监控粮食烘干机的实时工作状况，最后经过仿真调试证明本系统性能良好、运行稳定。

第二部分介绍了PLC系统的发展、定义、工作原理等。

第三部分主要介绍了PLC系统的软件设计，用PLC实现了现粮食烘干全过程即进粮、循环烘干、出粮的自动控制。

并且在系统正常工作过程中对燃烧室温度进行实时监控，保证系统的烘干效率。

1.1 设计任务要求熟悉粮食烘干控制系统的工艺流程；学会使用PLC可编程控制器，完成粮食烘干炉的控制系统软、硬件设计。

硬件设计合理，安全可靠。

软件编程实现系统的运行程序要求，调试直到正确为止。

学会使用组态软件实现实时监控。

基本要求要求如下：(1) 粮食烘系统能够自动控制。

(2) 粮食烘干室温度能够自动控制。

(3) 粮食烘干报警系统全程监控。

(4) 粮食烘干报警相应的保护系统运行保护。

1.2 硬件方案设计粮食烘干机的自动控制系统可用传统的电器控制，也可用单片机控制，还可用PLC控制[1]。

本设计采用PLC控制来完成粮食烘干机控制系统设计与实现。

PLC之所以越来越受自动控制界人士的重视，是由于它具有令通用计算机望尘莫及的特点[2]。

PLC的基本特点有以下方面。

粮食烘干机的自动控制采用以PLC 为核心的控制系硬件设计如图1.1所示。

图1.1 控制系统硬件设计图1、应用简便PLC是利用积木式的硬件结构与标准的模块化软件设计。

其设计能满足繁杂的控制需求和工艺变化较多的场合。

它的现场接线简便，可以按积木方式删减和扩充系统模块，组合成所需的控制系统。

其功能是有软件设计实现的，所以从业人员可以在不需要硬件设备的情况下进行“软布线”工作调试。

从而减少科研经费。

从硬件反面考虑PLC对现场的要求不高，只需配置接线并且编程模拟调试即可投入现场使用。

从软件方面考虑PLC习惯采用梯形图形式编程，它的特点是开发速度快、可读性强、软件维护方便。

2、高可靠性继电器控制系统中，元器件的脱焊、老化现象是不可避免的。

这就很大程度降低了继电器控制系统的可靠性。

并且继电器系统的维护需要消耗大量的人力财力。

但在PLC控制系统中的高可靠性，主要是它在硬件与软件两个方面采取了措施。

由于PLC控制系统中大量的开关动作是通过半导体元器件电路完成的，并且PLC在软件和硬件上都采取了严格的保护措施。

例如，主要控制核心中输入输出电路采用了光隔离措施。

各I/0端口采用模拟滤波以外，还采用了数字滤波；并且内部采用电磁屏蔽，以防止辐射的干扰；还采用了较为先进的电源电路系统，以防止电源电路干扰干扰信号。

在软件方面也采取了一些措施。

如设置警戒时钟WDT。

系统的运行时会定时对WDT刷新，如果程序出现死循环，随之跳出，并且重新启动发出报警信号。

系统为避免因为程序错误而导致错误运行，每次的扫描周期都会对程序进行检查校验，一旦程序错误立即发出报警信号并停止运行。

软件系统里面还设计了对用户程序的差错报错程序，对于错误的程序和参数系统不能运行。

3、功能完善⑴PLC的功能包括定时、计数、顺序、逻辑运算、数值计算、数值换算等。

与继电器控制动作相比使用大量的时间继电器、计数器、步进控制开关数值计算等设备，在准确性和安全可靠性上具有无可比拟的优势。

⑵PLC其扩展功能有A/D和D/A的转换、数据处理和数据运算、中断控制、运动控制等、以及特殊函数运算功能。

也可通过上位机进行人机对话增强扩展控制。

4、环境适应强、抗电磁干扰更好PLC环境适应强能在高温（0~60℃）、湿度（相对湿度<90%），以及规定的机器震动、冲击和额定的电压频率中正常工作。

5、完整的工控网络体系，便于通信与远程实时监控随着计算机网络技术的不断发展与成熟，以及工控系统的实际需要，近年来工控网络技术的到了前所未有的应用。

对于PLC网络及工控局域网而言，目前已经形成了设备层网络、控制层网络和信息层网络三层网络的结构体系。

1.3 软件方案选择粮食烘干机的自动控制系统的软件需要两种，一种是根据粮食烘干机的运行模拟行监控软件组态。

另一种是粮食烘干机自动控制系统的运行控制软件程序编程语言CX-ONE。

随着社会对技计算机控制系统需求的日益增大，组态软件也已经形成了一个不小的产业。

按照使用分类，可以将组态软件分为两类：一类是专用的组态软件，另一类是通用的组态软件[3]。

1、绍几种常用的组态软件：(1)InTouch.美国Wonderware公司的InTouch堪称组态软件的“鼻祖”，该公司率先推出的16位Windows环境下的组态软件，在国际上获得较高的市场占有率。

(2)MCGS。

北京昆仑通态公司的MCGS设计思想比较独特，有许多特殊的概念和使用方式，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台。

(3)IFIX。

美国Intellution公司的FIX产品系列较全，包括DOS版、16位Windows版、32位Windows版、OS/2版和其他一些版本，功能强大，是全新的组态软件。

但由于过于“庞大”，对系统资源耗费巨大、而且经常受到微软操作系统的影响。

(4)WenAccess。

该软件是研华（中国）公司近几年开发的一种面向网络监控的组态软件，是未来组态软件的发张趋势。

(5)Citech。

澳大利亚CIT公司的Citech是组态软件中的后起之秀，在世界范围内发展的很快。

(6)WinCC。

德国西门子公司的WinCC也属于比较先进的产品之一，功能强大，使用较为复杂。

(7)ForceControl。

大庆三维公司的ForceControl（力控）是国内较早出现的组态件之一。

(8)组态王（KingView）。

组态王软件是北京亚控科技发展有限公司开发的一个比较有影响的组态软件。

界面操作灵活方便，易学易用，有较强的通信功能，支持的硬件也非常丰富。

本设计运用模拟行监控软件，使用的是组态王（KingView）。

组态王（KingView）具有开发周期短、经济实惠、易学易用易于扩展、开放性好、适应性极强等优点。

基本上可以划分为管理层、控制层、监控层三个层次结构。

其中监控层作为中介连接管理层和控制层，它不仅能实现对现场的实时监测与控制，且在还自动控制系统中完成上传下达信息、组态开发的重要作用。

尤其考虑三方面问题：数据、画面、动画。

通过对监控系统的要求及实现功能的分析，采用组态王对其监控系统进行设计。

组态软件也可以为试验者提供可视化监控画面，有利于试验者对实时现场监控。

而且，它还能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画形式显示控制中设备的状态，实时趋势曲线、具有报警窗口等功能，可便利的生成各种报表供试验者参考。

它还有丰富的设备驱动程序和多样的组态方式、数据链接等功能。

CX-Programmer是欧姆龙公司开发的一款适用于C系列PLC软件，它在Windows系统下运行。

可实现梯形图的汇编语言、监视和控制等功能。

特别擅长与大型程序的编写，提高编成效率。

2 粮食烘干机系统的部分设计本设计是基于PLC控制技术，以欧姆龙CP1H可编程控制器为控制核心，对粮食烘干机的自动控制，即进粮、检测水分、循环烘干、自动调温、湿度检测、合格粮食出粮的自动控制。

实现粮食的全过程自动烘干。

主要设计分为四部分：硬件设计部分，软件设计部分，主程序模块，燃烧炉模块组成。

软件设计在CX-ONE编程软件上以梯形图LD编写，主要通过步进控制指令来完成对粮食烘干机各个子过程的控制。

并通过组态王软件模拟了粮食烘干机的自动控制过程。

2.1 粮食烘干机系统的硬件选择2.1.1粮食烘干机控制系统的PLC选型在国际知名PLC制造商中，具有代表性的公司有日本的OMRON(欧姆龙)公司、MITSUBISHI(三菱)公司、德国的SIEMENS(西门子)公司，法国的SCHNEIDER(施耐德)公司、以及美国的ALLEN-BRADLEY(AB)公司等，它们不断开发的PLC产品系列并配备了符合国际现场总线标准的通信接口，实现不同系统的互连或与局部网络连成整体分布系统[2]。

PLC的核心是CPU，CPU是起神经中枢的作用，每套PLC制造商至少有一个CPU，它是按PLC的系统程序赋予其功能接收并储存用户程序和数据，利用扫描的方式采集输入装置送来的状态或数据，并储存规定的寄存器中。

运行后，从程序存贮器中进行逐条读取指令，经分析后按指令规定的任务程序产生相应的控制信号，来指挥有关的控制电路。

CPU主要由控制器、运算器、寄存器以及实现它们之间的联系数据、控制及状态总线构而成，CPU单元还包括总线接口、外围芯片及相关的电路。

内存主要用于用户存储程序及数据，是PLC不可缺少的重要组成单元。

根据设计分析可知需要谷物烘干机有2只水分检测器，2只数显表。

总的输入点为开关量4点，模拟量2点，输出点为开关量6点。

因而本设计的PLC选择是日本OMRON(欧姆龙)公司的CP1H系列，CP1H系列PLC是欧姆龙公司于2005年推出的新型PLC[2]。

它是一款集众多功能于一身的整体型PLC,其特点具有功能强、体积小、适用范围广、速度快等特点。

CP1H系列X/XA型输入端子图如2.1所示。

图2.1 输入端子示意图其拥有24个输入点，0通道0.00~0.11位共12点，1通道1.00~1.11共12点，2通道共合计24点。

输出端子图如2.2所示。

图2.2 输出端子示意图有16个输出点，100通道100.00~100.07位共8点，101通道101.00~101.07位共8点，总共16点。