大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)控制是自動(dòng)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(dòng)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(jì)時(shí)、計(jì)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 logicController）是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機(jī)械或工作程序。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用， 人們對工業(yè)自動(dòng)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(jì)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(dòng)化控制工程。1.1 本課題研究的目的、意義現(xiàn)代自動(dòng)控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個(gè)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(chǔ)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(gè)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(dòng)化設(shè)計(jì)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(dòng)強(qiáng)度大，系統(tǒng)設(shè)1大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)備升級(jí)困難。大米生產(chǎn)過程中，如果系統(tǒng)控制不當(dāng)，則會(huì)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(dòng)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(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)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(dòng)化控制和系統(tǒng)升級(jí)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(dòng)控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)2 。PLC 是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(dòng)控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動(dòng)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(jì)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(jì)、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(jí)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(dòng)控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、多級(jí)控制。2大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)功能，滿足設(shè)計(jì)要求。本文研究內(nèi)容主要是以PLC 控制整個(gè)生產(chǎn)過程，其內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：1接通電源開關(guān)后，將設(shè)備模式旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)，關(guān)閉進(jìn)料閥門開始礱谷，礱谷后，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)， 進(jìn)行谷糙分離， 分離時(shí)，糙米預(yù)存缸的進(jìn)料閥門打開；4谷糙分離完畢后，糙米預(yù)存缸內(nèi)開始進(jìn)行碾米，碾米結(jié)束后，起動(dòng)振動(dòng)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(jì)論文主要從機(jī)械和電氣兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)，包括制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的核心部分之一：控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 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 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(jì)。第四章講述的是軟件設(shè)計(jì)。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(jì)和模擬量輸入的算法設(shè)計(jì)。第五章講述的是監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)。包括系統(tǒng)操作界面，系統(tǒng)參數(shù)界面，報(bào)表界面，也是本設(shè)計(jì)的核心控制部分。3大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第 2 章控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)隨著我國工業(yè)自動(dòng)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(dòng)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(jì)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工行業(yè)。2.1大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求2.1.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，要求達(dá)到以下目標(biāo):1設(shè)備具有全自動(dòng)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(jì)主要有以下內(nèi)容：1真空吸料：用一臺(tái)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(dòng)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(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)礱谷控制；4大米接收：礱谷完畢，啟動(dòng)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(dòng)打開缸門，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(dòng)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(shí)，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(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，讓糙4大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)米和谷殼經(jīng)過振動(dòng)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(dòng)振動(dòng)篩，讓合格的大米顆粒進(jìn)入填料器，鼓風(fēng)機(jī)和高壓空氣將經(jīng)過篩選的大米送入料倉。直徑為50的pvc管谷倉或傳送袋高壓風(fēng)機(jī)吸料漏斗原料自動(dòng)落入預(yù)量漏斗原料自動(dòng)落入稱量漏斗礱谷缸鼓風(fēng)機(jī)高壓輸管碾米缸振動(dòng)篩料倉注入式填料器圖 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(gè)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(gè)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(xiàng)目成本。故本課題控制系統(tǒng)選型的基本原則如下：5大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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；2. 采用模塊化設(shè)計(jì)，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 。控制系統(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(gè)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(shí)繼電器的滯后動(dòng)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4 8對觸電，因此靈活性和擴(kuò)充性很差。而PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)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(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)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(huì)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(dòng)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(shí)顯示給操作人員。還能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(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(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般在幾十 ms 數(shù)量級(jí)。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)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(shí)間在 m數(shù)量級(jí)，而不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。5. 定時(shí)控制6大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)繼電器邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制。一般來說，時(shí)間繼電器存在定時(shí)精確度的不高，定時(shí)范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問題。 PLC 使用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高。且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，定時(shí)范圍一般從 0.001s 到若干天或更長。用戶可以根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時(shí)值，然后由軟件來控制定時(shí)時(shí)間 8 。從以上幾個(gè)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(jì)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(shí)，價(jià)格要高于繼電器控制系統(tǒng)?？删幊绦蜻壿嬁刂破鳎?PLC）采用微處理器作為控制系統(tǒng)的核心，內(nèi)含存儲(chǔ)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(jì)，是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)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(dòng)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)行程序設(shè)計(jì)，簡單明了。與繼電器控制相比較， PLC性能好價(jià)格低，功率價(jià)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(jì)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(hào)，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；7大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)C壟米，碾米時(shí)間限制；D閥門受阻時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警；E整個(gè)工作流程的自動(dòng)化。本課題所設(shè)計(jì)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(dòng)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。8大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)整個(gè)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(jì)，并對硬件的每一個(gè)部分進(jìn)行了分析。硬件設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)完成相應(yīng)的功能，并組成一個(gè)統(tǒng)一的整體。在對控制系統(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(jì)。3.1控制系統(tǒng)分析及元件選擇本設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3.1 所示：行程開關(guān) 1KV16吸料漏斗KV3KV1KV4行程開關(guān) 2預(yù)量漏斗KV2真空泵KV5KV6稱量漏斗谷倉KV7KV8KV9鼓風(fēng)機(jī)壟谷缸壟谷電機(jī)光電開關(guān)KV10KV11KV12碾米電機(jī)排氣電磁閥 KV13空 氣 電 磁 閥碾米缸電動(dòng)閥 KV15振動(dòng)電機(jī)圖 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖9大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(shí)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)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(dòng)礱谷電機(jī)，進(jìn)行礱谷，待到礱谷結(jié)束后啟動(dòng)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(shí)間后，關(guān)閉 KV8，KV9，KV10，啟動(dòng)碾米電機(jī)，碾米結(jié)束后，啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)， 利用振動(dòng)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(dòng)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(jì)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)的控制分析如下：1打開電源開關(guān)后，設(shè)定加工方式：自動(dòng)或手動(dòng)，并設(shè)定原料重量。2按下啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)礱谷控制。4礱谷完畢，啟動(dòng)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(dòng)打開缸門，利用高壓空氣將經(jīng)過篩選的大米送入料倉。10大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1.2元器件選擇及依據(jù)根據(jù)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)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)、碾米機(jī)、電磁閥等，下面對幾個(gè)主要的器件功能進(jìn)行介紹：1. 三菱 FX-2N PL C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(jì)應(yīng)用此系列的 PLC。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(gè)獨(dú)立的裝置中。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?？蛇x用圖 3.2帶有擴(kuò)充模塊的三菱FX-2N CPU 模塊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。可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。程序容量：內(nèi)置800 步 RAM（可輸入注釋）可使用存儲(chǔ)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(gè)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， HEXASCII 變換，校驗(yàn)碼等。時(shí)計(jì)控制內(nèi)置時(shí)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，圖 3.3稱重傳感器外形11大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠完成信號(hào)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(jì)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(xiàng)數(shù)字補(bǔ)償工藝進(jìn)行各項(xiàng)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擬式稱重傳感器，主要是兩個(gè)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(xiàng)數(shù)學(xué)模型，形成便于程序化計(jì)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(jì)算軟件，存儲(chǔ)在微處理器芯片中進(jìn)行各項(xiàng)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(shí)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(gè)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(hào)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(dòng)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(hào)大，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)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(tái)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(jiān)固、安裝方便、抗振動(dòng)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(dòng)化控制系統(tǒng)中，作為稱量、測力等自動(dòng)控制元件。所以本設(shè)計(jì)采用此類型的稱重傳感器。3 礱谷機(jī)的介紹本次設(shè)計(jì)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(dòng)控制操作，脫殼率在90%左右，能在生產(chǎn)過12大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)延時(shí)緊輥；3. 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，機(jī)器主要回轉(zhuǎn)件都經(jīng)動(dòng)平衡檢驗(yàn)，所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)?。槐?3.1 礱谷機(jī)主要參數(shù)型號(hào)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) 1400 轉(zhuǎn) /分橡膠輥尺寸直徑： 10 英寸，寬： 10 英寸橡膠輥硬度875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(jì)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(jí)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，水分損失小；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，砂輥能很容易從機(jī)器頂部抽出。篩片設(shè)計(jì)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13大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出機(jī)外；6. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，特殊設(shè)計(jì)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(hào)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 8501,989(mm)5 觸摸屏的介紹本次設(shè)計(jì)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(shí)監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)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(dòng)（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)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(jì)和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)。在這次大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，觸摸屏的使用加深了自動(dòng)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(shí)加工量，及歷史加工量的記錄，也能直觀的找到報(bào)警記錄，同時(shí)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。14大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(hào)器件名稱規(guī)格數(shù)量性能1PLC 控制器三菱 FX -2N 系1控制大米加工工作流程列2昆侖通態(tài)觸摸屏TPC7062KS1監(jiān)控生產(chǎn)流程用于檢測稱量漏斗和預(yù)量漏3光電開關(guān)SA3M-1K2斗的原料到位情況用來測稻谷的重量4稱重傳感器NS-TH161輸出 010V量程： 0 500Kg通過真空管把原料顆粒吸入5真空泵1.5Kw1吸料缸內(nèi)6振動(dòng)電機(jī)0.5Kw1電機(jī)振動(dòng)使碎米粒篩選出去7鼓風(fēng)機(jī)3 7Kw1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(jì)對系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，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(jì)。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(dòng)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(gè)模擬量輸入通道：1 個(gè)稱重傳感器檢測原料重量，1 個(gè)壓力傳感器用來檢測礱缸內(nèi)的壓力。系統(tǒng)還要求6 臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，所以需接接觸器線15大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)的泡沫發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)的輸入模擬量是2 個(gè)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(xiàng)目名稱模擬量輸入通道備注1一次礱谷所需原料顆稱量測量變送模塊粒的重量表 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(xiàng)目名稱開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)備注按鈕3啟動(dòng)與停止光電開關(guān)2檢測原料到位情況電動(dòng)閥開關(guān)門到位2出料開關(guān)門情況控制表 3.4開關(guān)量輸出所需各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)備注16控制原料落入，空氣輸電磁閥入等1在壓力過高時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警報(bào)警接觸器線圈8控制 6 臺(tái)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)總通道1 個(gè)通道總點(diǎn)數(shù)X 點(diǎn)： 7總點(diǎn)數(shù)Y 點(diǎn)： 223.2.2 PLC 及主要模塊的選型FX-2N 主機(jī)的型號(hào)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(jì)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 24 點(diǎn).FX2N 是 FX系列中功能16大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶存儲(chǔ)器 8Kb，可擴(kuò)展到 16K 步，最大可擴(kuò)展到 256個(gè) 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(jì)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC所能接受的數(shù)字信號(hào)的。生產(chǎn)過程的模擬信號(hào)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)場信號(hào)變送器把它們變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) ( 如 420mA的直流電流信號(hào)、 15V 的直流電壓信號(hào)等 ) ，然后再送入模擬量輸入模塊將模擬且信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，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(hào)寄存器。模擬量輸入模塊設(shè)有電壓信號(hào)和電流信號(hào)輸入端。輸入信號(hào)經(jīng)濾波、放大、模/ 數(shù)(A/D) 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量信號(hào)，再經(jīng)光耦合器進(jìn)入PLC內(nèi)部電路 14 。本次設(shè)計(jì)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(gè)輸入通道。輸入通道接收并將其轉(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 :20 A) FX2N-4AD 和 FX2N主單元之間通過緩沖存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)， FX2N-4AD共有 32 個(gè)緩沖存儲(chǔ)器 ( 每個(gè) 16位 ) ，F(xiàn)X2N-4AD占用 FX2N擴(kuò)展總路線的 8 個(gè)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(hào)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。17大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)表 3.5輸入 /輸出信號(hào)地址分配表輸入序號(hào)名稱I 分配序號(hào)S1系統(tǒng)啟動(dòng)X0KV13S2系統(tǒng)停止X1KV1S3系統(tǒng)緊急停止X2KV2S4觸摸屏集中控制X3KV3S5行程開關(guān) 1X4KV4S6行程開關(guān) 2X5KV5S7光電開關(guān)X6KV6KV7KV8KV9KV10KV11KV12KV14KV15KV16LH1KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8輸出名稱排氣電磁閥吸料漏斗開關(guān)門電磁閥預(yù)量漏斗開關(guān)門電磁閥預(yù)量漏斗高壓空氣電磁閥稱量漏斗高壓空氣電磁閥稱量漏斗開關(guān)門電磁閥礱谷缸高壓空氣電磁閥壟谷缸開關(guān)門電磁閥碾米缸高壓空氣電磁閥空氣電磁閥電動(dòng)閥吸料漏斗高壓空氣閥閥門受阻報(bào)警抽真空攪拌機(jī)運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)電機(jī)運(yùn)行壟谷電機(jī)運(yùn)行碾米電機(jī)運(yùn)行出料開關(guān)門電動(dòng)閥正轉(zhuǎn)出料開關(guān)門電動(dòng)閥反轉(zhuǎn)Q 分配Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y20Y21Y22Y23Y24Y25Y26Y27Y3018大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2.4控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)，是通過了 ARV穩(wěn)壓電源再給 PLC供電的，這種高精度全自動(dòng)交流穩(wěn)壓器 AVR系列是引進(jìn)了臺(tái)灣技術(shù)并結(jié)合我國電力實(shí)況設(shè)計(jì)而開發(fā)的一種新型高精度全自動(dòng)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(dòng)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(gè)控制系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。在對各個(gè)電機(jī)供電時(shí)，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(dòng)保護(hù)作用。電機(jī)接線圖見附錄A。19大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第 4 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)PLC控制系統(tǒng)工藝流程和系統(tǒng)控制要求，對 PLC進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。4.1 PLC 控制系統(tǒng)的流程圖根據(jù)設(shè)計(jì)的要求， PLC實(shí)現(xiàn)以下功能 :真空吸料：用一臺(tái)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(dòng)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(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)礱谷控制；大米接收：礱谷完畢，啟動(dòng)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(dòng)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：開始真空泵運(yùn)行， 稻谷進(jìn)入吸料缸內(nèi)。N光電傳感器1有信號(hào)？Y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。20大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)真空泵持續(xù)運(yùn)行N光電傳感器2有信號(hào)？YKV1、 KV16、真空泵OFF；KV2、 KV3、KV4 ON，使稻谷迅速落入預(yù)量漏斗。N放料結(jié)束？YN稱量結(jié)束？YKV2、KV3、KV4OFF；KV5、KV6、KV7 ON，使稻谷迅速落入礱谷缸。N放料結(jié)束？YKV5、KV6、KV7OFF；礱谷電機(jī) ON；21大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)N礱谷結(jié)束？Y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N放料結(jié)束？Y鼓風(fēng)機(jī)、 KV8、KV10、KV9OFF；碾米電機(jī) ON；N碾米結(jié)束？Y碾米電機(jī) OFF；振動(dòng)電機(jī)、KV14、KV11、KV12、 KV15 ON，篩選的大米進(jìn)入料倉N放料結(jié)束？Y振動(dòng)電機(jī)、 KV14、KV11、KV12、KV15OFF，一次大米加工結(jié)束，等待下次加工指示圖 4.1 系統(tǒng)流程圖22大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.2 PLC 常用的程序設(shè)計(jì)方法應(yīng)用程序設(shè)計(jì)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(jì)方法有多種， 常用的設(shè)計(jì)方法有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、順序功能圖法等 16 。1. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法要求設(shè)計(jì)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(jì)過程是逐步完善的，一般不易獲得最佳方案，程序初步設(shè)計(jì)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(jì)法的設(shè)計(jì)不規(guī)范，沒有一個(gè)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(jì)出的程序不是惟一的，程序設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于聯(lián)鎖關(guān)系復(fù)雜，用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)一般難于掌握，且設(shè)計(jì)周期較長， 設(shè)計(jì)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(shí)。同時(shí)，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(jì)，用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)法，借鑒原設(shè)備繼電器控制電路圖，并綜合考慮PLC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(dòng)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(gè)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)是在工序進(jìn)行時(shí)，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。23大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.3系統(tǒng)程序的編寫4.3.1主要程序模塊1. 報(bào)警系統(tǒng)在 PLC控制系統(tǒng)發(fā)生事故、故障時(shí)都應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，一般是聲光報(bào)警信號(hào)。在整個(gè)工藝流程中必須注意做好實(shí)時(shí)報(bào)警檢測， 因?yàn)樵谡麄€(gè)流程中如果中間出現(xiàn)故障又不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并處理的話，對整個(gè)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(tái)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（由光電開關(guān) 1 測量），如果符合條件，則啟動(dòng)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。24大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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。25大米加工生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)