谷物烘干机的PLC控制设计说明

1、PLC控制设计概括粮食烘干机是一种自动化程度高的机电设备。用于农业生产中的作物干燥领域。在工业控制领域，随着电力电子技术、可编程序控制器和变频技术的发展，以PLC控制为核心的电子控制技术越来越广泛地应用于各种机械设备中。它将逐步取代传统的继电器控制系统，成为交流电气控制的主流。 PLC作为粮食烘干机的核心控制器，在工业过程控制中体现了强大的功能。目前， PLC已成为国际市场上最受欢迎的工控畅销产品。本文讨论了可编程控制器PLC对粮食烘干机的自动控制：主要介绍了粮食烘干机的工艺流程、 PLC控制系统的设计、梯形图和程序设计。关键词： PLC粮食烘干机自动控制目录 TOC o 1-3 f h z

2、u HYPERLINK l _Toc295470690 摘要 PAGEREF _Toc295470690 h 我 HYPERLINK l _Toc295470691 摘要 PAGEREF _Toc295470691 h 二 HYPERLINK l _Toc295470692 1简介 PAGEREF _Toc295470692 h 1 HYPERLINK l _Toc295470693 1.1本课题的研究意义 PAGEREF _Toc295470693 h 1 HYPERLINK l _Toc295470694 1.2国外研究现状 PAGEREF _Toc295470694 h 1 HYPERL

3、INK l _Toc295470695 1.3学科发展趋势 PAGEREF _Toc295470695 h 2 HYPERLINK l _Toc295470696 2 PLC概述及基本原理 PAGEREF _Toc295470696 h 4 HYPERLINK l _Toc295470697 2.1 PLC西门子系统介绍 PAGEREF _Toc295470697 h 4 HYPERLINK l _Toc295470698 2.2 PLC的应用 PAGEREF _Toc295470698 h 4 HYPERLINK l _Toc295470699 2.3 PLC 5的特点及工作原理 PAGER

4、EF _Toc295470699 h HYPERLINK l _Toc295470700 3粮食烘干机 PAGEREF _Toc295470700 h 8 HYPERLINK l _Toc295470701 3.1概述8 _ PAGEREF _Toc295470701 h HYPERLINK l _Toc295470702 3.2国外先进的粮食干燥技术 PAGEREF _Toc295470702 h 8 HYPERLINK l _Toc295470703 3.3干燥技术的 PAGEREF _Toc295470703 h 种类9 HYPERLINK l _Toc295470704 3.4粮食烘干

5、机设备及组成 PAGEREF _Toc295470704 h 10 HYPERLINK l _Toc295470705 3.4.1循环干燥机结构特点 PAGEREF _Toc295470705 h 11 HYPERLINK l _Toc295470706 3.4.2粮食烘干机工作原理 PAGEREF _Toc295470706 h 11 HYPERLINK l _Toc295470707 3.5粮食烘干机控制要求 PAGEREF _Toc295470707 h 12 HYPERLINK l _Toc295470708 4硬件设计 PAGEREF _Toc295470708 h 14 HYPER

6、LINK l _Toc295470709 4.1 PLC和CPU型号的选择 PAGEREF _Toc295470709 h 14 HYPERLINK l _Toc295470710 4.2系统选型与配置 PAGEREF _Toc295470710 h 17 HYPERLINK l _Toc295470711 4.3主要参数计算 PAGEREF _Toc295470711 h 19 HYPERLINK l _Toc295470712 4.4电源 PAGEREF _Toc295470712 h 模块20 _ HYPERLINK l _Toc295470713 4.5背板或机架 PAGEREF _T

7、oc295470713 h 20 HYPERLINK l _Toc295470714 4.6 PLC系统的其他 PAGEREF _Toc295470714 h 设备20 HYPERLINK l _Toc295470715 4.7 PLC通讯组网 PAGEREF _Toc295470715 h 20 _ HYPERLINK l _Toc295470717 5自动控制系统设计 PAGEREF _Toc295470717 h 22 HYPERLINK l _Toc295470718 5.1粮食干燥过程 PAGEREF _Toc295470718 h 22 HYPERLINK l _Toc295470

8、719 5.2系统软件设计 PAGEREF _Toc295470719 h 23 HYPERLINK l _Toc295470720 5.2.1流程图 PAGEREF _Toc295470720 h 23 HYPERLINK l _Toc295470721 5.2.2系统梯形图设计 PAGEREF _Toc295470721 h 24 HYPERLINK l _Toc295470722 5.2.3系统STL语句 PAGEREF _Toc295470722 h 27 HYPERLINK l _Toc295470723 5.2.4梯形图和程序安排 PAGEREF _Toc295470723 h 2

9、9 HYPERLINK l _Toc295470724 总结 PAGEREF _Toc295470724 h 31 HYPERLINK l _Toc295470725 参考文献 PAGEREF _Toc295470725 h 32 HYPERLINK l _Toc295470726 至 PAGEREF _Toc295470726 h 331 简介1.1 本课题的研究意义谷物收获后，水分含量非常高。为使粮食达到安全贮藏条件（不发霉），必须将粮食水分降低到贮藏安全水分（即12%为大米贮藏安全水分）。大米不同于其他谷物的干燥。水稻是一种热敏性作物。干燥速度过快或参数选择不当都容易导致爆裂。所谓爆腰，

10、是指谷物经干燥或冷却后表面出现的微观裂纹，会直接影响大米碾米时的碎米率，从而影响大米的出米率，同时也直接影响其出米率。产量和经济价值。许多研制成功的粮食烘干机适用于水稻、小麦、绿豆、高粱、大豆等谷物。适用于农场、粮站、粮商等。这种粮食烘干机以热风为干燥介质，采用循环干燥设计，节约能源。并配有温度、水分自动检测控制仪，避免烘烤过度，保证粮食质量。随着我国农业产业化进程的推进，农业机械化自动化水平不断提高，各种形式的粮食烘干机不断推向市场。粮食烘干机的自动控制可采用传统电器控制、单片机控制、PLC控制。粮食烘干也是农业生产的重要环节，是农业生产的关键环节，是实现粮食生产机械化的重要环节。粮食干燥机

11、械化技术以机械为主要手段，采取相应的工艺和技术措施，人为控制温度、湿度等因素，在不损害粮食质量的情况下降低粮食中的水分，满足国家安全贮藏要求。标准。干燥技术。本设计主要探讨采用燃料循环粮食烘干机的自动控制，实现粮食烘干全过程的进粮、循环烘干、出粮的自动控制。其系统结构简单，运行稳定可靠。1.2 国外该课题研究现状对于高水分粮食烘干的PLC自动控制系统，主要解决粮食烘干过程的问题，一般采用热风烘干系统。由于种种原因，在将各种水分含量不同的粮食混合在一起进行烘干的过程中，一方面，烘干后的粮食水分可能低于规定值，从而带来巨大的经济损失；一方面，干粮的水分可能部分或整体略高于规定值，使干粮在贮藏过程中

12、仍会发霉，造成经济效益下降。PLC自动控制是一种基于语言规则和推理的先进控制技术。它是智能控制领域最活跃、最重要的分支之一。如今，PLC自动控制技术已广泛应用于工业、农业、国防、医药等诸多行业。然而，粮食干燥的基本目标是在保持干燥过程稳定的前提下，以最低的干燥成本和能耗获得最佳的粮食干燥质量。粮食干燥过程是一个典型的非线性、多变量、大滞后、参数相关耦合的非稳态传热传质过程。谷物本身是一种复杂的生化物质。为了达到上述目的，在干燥过程中，必须不断调整干燥参数来控制干燥机的工作过程。烘干过程的自动控制是实现烘干机优质、高效、低耗、安全运行的有效手段。实现烘干过程的自动化控制和粮食烘干机的自动化控制，

13、对保证粮食水分均匀、烘干后粮食质量、降低劳动强度具有重要意义。充分发挥干燥机的生产能力。1.3 学科发展趋势21世纪的今天，粮食烘干和储藏十分重要，其储藏是事关国计民生的大事，其中粮食烘干是极其重要的一环。为促进粮食加工仓储企业的良性循环和可持续发展，出发点是建立“优质、高效、可持续”的农业生产模式，以应用最广泛的人工智能技术PLC自动控制技术以农业生产过程中的各种确定性和不确定性因素为核心，综合考虑农业生产过程中的各种确定性和不确定性因素，在综合计算机技术、决策推理理论、现代生产管理等科学技术的基础上，对PLC自动控制系统进行了研究和研究。旨在促进粮食加工和储存。在企业未来的发展中，可以进一

14、步提高经济效益，进一步优化各项经济技术指标。粮食干燥过程自动控制的研究始于1960年代。当时采用的是前馈控制、反馈控制、反馈-前馈控制和自适应控制等传统控制方法。传统的控制理论使用差分方程或传递函数将干燥过程系统的知识和现有信息表达为解析公式。但本项目中粮食烘干机控制系统的使用和设计存在诸多困难，原因在于：1 、粮食干燥过程复杂、时变、非线性；2.一些干燥过程变量（如谷物质量和颜色）不能直接测量，一些变量（如谷物水分）的测量可能不连续、不准确、不完整或不可靠；3 、干燥机的工艺模型是对实际工艺的近似，需要大量的计算时间；4.用合适的模型来表示干燥过程这样一个非线性、滞后、时变的复杂系统几乎是不

15、可能的；5 、粮食烘干机控制变量与控制变量存在交互作用；6 、粮食烘干机运行工况复杂，扰动变量周围宽度难以控制。显然，要克服上述困难，需要不断改进粮食烘干机的传统控制方式，同时探索新的、更有效的控制方式。在1970 年代，电子工业的进步，特别是计算机技术的进步，使得现在所谓的高级控制的概念得以广泛传播。先进控制的目标是解决传统控制无效甚至无法控制的复杂工业过程控制问题。近年来，现代控制和人工智能取得了长足的进步，为先进控制系统的实施奠定了坚实的理论基础；而控制计算机则是分布式控制系统（ DCS ）的普及，计算机网络技术的飞速发展为先进控制的应用提供了强大的软硬件平台。总之，工业发展的需要、控制

16、理论的发展以及计算机和网络技术的发展，有力地推动了先进控制的发展。但是，随着计算机技术的飞速发展，人工智能控制理论也开始应用于烘干机控制，显着提高了烘干机控制系统的性能。传统的控制方法由于滞后较大且与谷物干燥过程的非线性联系，不适合控制谷物干燥机。人工智能技术的进步被广泛应用于工程领域。将先进的控制理论和控制方法应用于粮食干燥过程的自动控制。控制方法不断改进，控制效果不断提高。 1990年代以后，过程控制开始向智能化方向发展。智能控制理论越来越多地与干燥技术相结合，利用人工神经网络对干燥过程进行建模和控制；专家系统用于谷物质量预测和干燥。过程控制和管理咨询。与控制理论、仪器仪表、计算机、计算机

17、通信和网络技术密切相关的先进控制系统具有以下特点：的理论基础主要是基于模型的控制策略，如模型预测控制。这些控制策略充分利用工业过程的输入和输出信息来建立系统模型，而不依赖于对反应机理的深入研究。2. 先进控制系统通常用于处理复杂多变的过程控制问题，如大时延、多变量耦合、受控变量与控制变量之间的各种约束等。采用的先进控制策略是在常规单环控制的基础上进行动态协调约束控制，使控制系统适应实际工业生产过程的动态特性和运行要求。3 、先进控制系统的实现需要高性能计算机作为支撑平台。由于高级控制器控制算法的复杂性和计算机硬件两个因素的影响，复杂系统的高级控制算法通常在上位机上实现。随着DCS功能的不断增强

18、和先进控制技术的发展，一些先进的控制策略可以与基本控制回路一起在DCS上实现。后一种方法可以有效提高先进控制的可靠性、可操作性和可维护性。2 PLC概述及基本原理2.1 PLC西门子系统介绍Programmable Logic Controller，简称PLC，是可编程控制器，是指基于计算机技术的一种新型工业控制设备。根据定义，它是一种以数字方式运行的电子系统，专为在工业环境中使用而设计。它使用一种可编程存储器来存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字或模拟输入/输出控制各类机械。或生产过程。德国西门子（SIEMENS）公司生产的 HYPERLINK

19、%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1173336.htm 可编程序控制器在中国也有广泛的应用，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）PLC产品包括LOGO、S7-200（CN）、S7-1200、S7-300、S7-400 、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3392413.htm 工业网络、HMI人机界面、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4795151.htm 工业软件

20、等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化、具有网络通讯能力、功能更强、可靠性更高。 S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200）、小型PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）。2.2 PLC的应用近年来，随着PLC成本的降低和功能的大大增强，它还可以解决复杂的计算和通信问题，应用领域也在不断增加。目前，PLC已广泛应用于钢铁、矿山、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保、娱乐等行业。 PLC的应用范围通常可以分为五种，分别描述如下。顺序控制这是目前PLC应用最广泛的领域，它取代了传统的继电器顺序控制。 PLC应用于注塑机、印刷机、订书机

21、、切纸机、组合机床、磨床、流水线、包装线、电镀等单机控制、多机群控、自动化生产线控制线路和电梯控制。运动控制PLC制造商目前提供拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。在大多数情况下，PLC 向模块致描述目标位置的数据，模块将一个轴或多个轴移动到目标位置。随着每个轴的移动，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平稳。过程控制PLC可以控制大量的物理参数，例如温度、压力、速度和流量。 PID（Proportional Integral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制的功能，即具有PID控制能力的PLC可以用于过程控制。数据处理在加工中，有将PLC和支持顺序控制

22、的计算机数控（CNC）设备紧密结合的趋势。日本著名公司FANUC推出的System10、System11、System12系列均采用了CNC控制功能作为PLC的一部分。沟通为了满足工厂自动化（FA）系统发展的需要，首先必须开发PLC之间、PLC与上位机之间的通信功能。 PLC作为实时控制系统，对数据通信速率要求较高，应考虑停电和故障对策。日本富士电机公司开发的MICREX-F系列就是一个例子。 I/O模块根据其功能放置在生产现场进行分布式控制，然后通过网络连接形成分布式网络系统，对信息进行集中管理。2.3 PLC的特点及工作原理PLC的特点可靠性高，抗干扰能力强1）所有I/O接口电路均采用光电

23、隔离，将工业现场的外部电路与PLC电路进行电气隔离。2）每个输入端采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。3) 各模块采用屏蔽措施，防止辐射干扰。4) 采用性能优良的开关电源。5) 严格筛选所采用的设备。6) 良好的自诊断功能。一旦电源或其他软硬件出现异常，CPU会立即采取有效措施防止故障扩大。7）大型PLC还可以使用双CPU组成的冗余系统或三个CPU组成的表决系统，进一步提高可靠性丰富的I/O接口模块PLC用于不同的工业现场信号，例如：AC或DC；开关或模拟；电压或电流；脉搏或电位；强或弱电流等。对应的I/O模块直接与工业领域的设备或设备相连，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器和

24、发射器；电磁线圈；控制阀等此外，为了提高操作性能，还具有多种人机对话界面模块；为了形成工业局域网，它还具有用于通信组网的各种接口模块等。配套设施齐全、功能完善、适用性强PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列产品，可应用于各种规模的工业控制场合。除逻辑处理功能外，大部分PLC都具备完善的数据计算能力，可应用于各种数字控制领域。各种功能单元大量涌现，使PLC渗透到位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。再加上PLC通讯能力的增强和人机界面技术的发展，利用PLC组成各种控制系统非常容易。系统设计，工作量小，维护方便，改造容易PLC是工矿企业的工业控制设备。其界面简洁，编程语言易于工程技术人员

25、接受。梯形语言的图形符号和表达方式与继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了大门。体积小、重量轻、能耗低以超小型PLC为例，新生产的品种底部体积更小100mm，重量更轻，150g功耗仅为几瓦。由于体积小，可方便地安装在机械部分，是实现机电一体化的理想装置。PLC的工作原理PLC投入运行时，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新。完成以上三个阶段称为一个扫描周期。在整个运行过程中，PLC的CPU以一定的扫描速度反复执行上述三个阶段。(1) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC通过扫描顺序读取所有输入状态和数据，并存储在I/O图像区

26、的相应单元中。输入采样结束后，进入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O图像区域中相应单元的状态和数据也不会发生变化。因此，如果输入是脉冲信号，则脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，以保证输入在任何情况下都能被读取。(2) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是从上到下依次扫描用户程序（梯形图）。在扫描每个梯形图时，总是先扫描梯形图左侧的触点组成的控制电路，对触点组成的控制电路按先左后右的顺序进行逻辑运算，先上后下。 ，然后根据逻辑运算的结果，刷新系统RAM存储区中逻辑线圈对应位的状态；或刷新I/O图像区输出线圈对应位的状态；或者判断是否执行

27、指定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有I/O映像区的输入点的状态和数据不会改变，而I/O映像区的其他输出点和软设备的状态和数据不会改变。否则系统 RAM 存储区不会改变。数据可能会发生变化，上面列出的梯形图的程序执行结果会影响所有使用这些线圈的梯形图或下排数据；相反，下面列出的梯形图将被刷新。逻辑线圈的状态或数据只能在下一个扫描周期之前对其上方排列的程序生效。在程序执行过程中，如果使用立即I/O指令，可以直接访问I/O点。即使使用 I/O 指令，输入过程映像寄存器的值也不会更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程映像寄存器会立即更新，这有点不同于直接输入。(3) 输出刷新阶段 当

28、扫描用户程序结束时，PLC 进入输出刷新阶段。在此期间，CPU根据I/O图像区对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，然后通过输出电路驱动相应的外设。此时是PLC的真正输出。3 粮食烘干机3.1概述在农业生产中，粮食烘干是重要步骤和关键环节，是实现粮食生产机械化的重要环节。粮食干燥机械化技术以机械为主要手段，采取相应的工艺和技术措施，人为控制温度、湿度等因素，在不损害粮食质量的前提下，降低粮食水分含量，使其达到国家安全贮藏标准。 .干燥技术。我国是世界上最大的粮食生产国和消费国，粮食年总产量约5亿吨。据统计，我国粮食在收获后的脱粒、烘干、储存、运输、加工和消费等过程中的损失高达18%，远超过联

29、合国粮食及农业组织制定的5%标准。在这些损失中，高达5%的谷物因天气原因霉变发芽，谷物未晒干或达不到安全水分。如果按年产5亿吨粮食计算，相当于2500万吨粮食。 ，如果每人每天食用500克谷物，6.8万人可以吃一年。这个数字是惊人的，将收到的粮食损失降至最低点。从这个意义上说，粮食烘干机械化比田间作业机械化更重要。是粮食丰产丰收的重要保证。3.2国外先进的粮食干燥技术日晒干燥和机械干燥是粮食干燥常用的干燥方法。晒干是我国流传千年的古老方法，而机械化烘干则是通过专业的烘干机对粮食进行机械自动烘干。在路上晒粮，不仅危害交通，而且污染粮食；用粮仓晒粮浪费了宝贵的土地资源。人工大米烘干耗费大量人力，成

30、本高，大米质量无法控制。雨季不能晒干粮食，不能掌握收成，是很不科学的。在我国粮食主产区，特别是南方地区，稻麦收割期经常出现阴雨连绵的天气。农民最担心的是粮食收割时的阴雨霉变天气，因为在这种天气下收获的粮食水分含量非常高，这使得潮湿的粮食无法干燥或达到安全的水分含量，从而导致霉变和发霉。发芽。潮湿的山谷没有及时干燥。除了经济损失，谷物还会产生黄曲霉。黄曲霉剧毒，可引起肝癌，严重危害人体健康。因此，只要谷物的水分含量过高，就有可能出现黄曲霉。如能立即干燥，可防止粮食发霉、发芽，并可防止黄曲霉的产生。因此，将粮食烘干至安全含水率是粮食安全储存的首要条件。由于人工粮食烘干的局限性，无法及时解决粮食烘干

31、问题，保证粮食的高品质，难以面对国家对粮食质量的需求和国外市场的竞争。据测算，中国农民在收获和储粮后的损失率为8%至10%，粮食每年损失超过150亿公斤，损失高达300亿至600亿元。与人工烘干相比，机械化烘干不仅不怕下雨天，而且整个烘干过程的质量都得到了科学、自动化的监控。随着干燥机械化的全面推进，结合低温均匀干燥技术，生产出的优质大米可以高价出口到世界各地，创汇。不仅不用担心进口大米的竞争，还可以享受出口优质大米带来的好处。如今，欧美、日本等发达国家已全面采用烘干机械化，粮食质量非常高，因此粮食烘干机械化是必经之路。3.3干燥技术类型1、对流干燥法对流干燥是谷物干燥最常用的方法。它是热空气

32、或气流与冷空气的混合物，以对流方式与物料接触，从而进行热量交换。蒸发的水分被干燥介质（空气等）带走。这种方法的主要特点是干燥介质的温度和湿度易于控制，可以防止物料过热（过度干燥）而降低其质量。在国外公司中，三九公司和日本黄金公司生产的干燥设备大多采用对流干燥方式。2、吸收干燥法吸收干燥法是在室温下使用接触干燥过程的干燥方法。一般采用两种方式，一种是将湿粮与麸皮（含水率2%-3%）混合储存，实现湿粮的烘干；另一种方法是用湿粮和干粮（干粮含量为12%-14%）混合储存，然后对粮食进行曝气，实现粮食的干燥。吸收干燥法的优点是显而易见的。这种方法不需要临时储粮设备和大型风扇，也不需要加热谷物。此外，每

33、次接触干燥将水分从湿谷物转移到麸皮的过程大约需要 6 小时。左右完成，节省干燥时间。3、仓库烘干法这种干燥方法是一种经济高效地加工各种高水分谷物的科学手段。它不仅可以改善劳动条件，克服外部环境的制约，而且具有设备简单、投资少、与现有仓储机械通风系统联网、干粮品质好、加工成本低等优点。4、组合干燥法组合作业干燥法是将传统干燥方法与干燥方法相结合的方法。这种方法是通过控制粮食的干燥速度和通风气流的速度来进行干燥的。美国Fortes公司采用干燥-通风干燥法对谷物进行干燥。德国广泛采用并流-逆流联合干燥法干燥谷物。5、微波干燥法如果物料的初始含水量较高，物料段的压力上升很快，在压力梯度的作用下，水分可

34、能会从物料中去除。在微波干燥过程中，温度梯度、传热和蒸气压迁移方向都是一致的，大大改善了干燥过程中的水分迁移条件，当然比常规干燥要好。同时，由于压力迁移力的存在，微波干燥具有从外干燥的特点。也就是说，对于整个物料来说，物料层先干燥，克服了物料外层先干燥形成硬壳的特点，防止水分继续向外移动。6、红外线干燥法它利用材料吸收具有一定穿透性的远红外线，使零件自身发热，湿度升高造成失水。具有保质、干燥快、节能等特点。但是，由于远红外线烘干作业是依靠远红外线辐射板在较高温度下辐射出大量远红外线，所以在整个过程中必然存在温度与物料失水量的不一致。干燥室，容易导致整个箱体的温度分布和物料含水量的差异。研究结论

35、对远红外干燥的设计和干燥工艺参数的选择具有指导意义。结论：综合考虑干燥后谷物质量等因素，本设计选择对流干燥方式，并结合PLC自动控制技术。烘干时，要特别注意大米的烘干。属于热敏作物，干燥过快。参数选择不当会造成爆腰，进而影响其最终水稻产量，即产量和经济价值。3.4粮食烘干机设备及组成粮食烘干设备的种类，其原理和操作方法也不同，用途也不同。在这里，我们首先介绍两种使用不同方法进行谷物干燥的烘干机。1、箱式通风干燥机箱式通风干燥机属于静态式干燥机。它由燃烧室和干燥室组成。其中，燃烧室包括控制箱、热风机和油箱。干燥室包括热风室、筛板和箱板。箱式通风干燥机结构简单，价格相对低廉，操作简单。它是一种通用

36、烘干机。适用于干燥粮食种子及各种颗粒状物品，如花生、辣椒、大蒜、咖啡等。2、循环干燥机循环式干燥机是日本、东南亚和我国使用最广泛的干燥机。循环干燥机主要由大漏斗、热风机、油箱、电脑水分仪、升降机、排风机、仓层、出粮管等组成。结论：本设计选用循环干燥机，结构简单，操作简单，在我国广泛使用。3.4.1循环干燥机的结构特点提升采用大型提升机，可最大限度地提高不同区段的进出料时间，从而提高烘干机的工作效率。干燥段干燥段为网状结构，8层错流干燥，干燥面积大且均匀，干燥效率高。水分计单粮水分仪，每粒粮食的实测水分值经控制面板处理后，数字显示在显示屏上。算术处理时，自动剔除采样中未成熟谷物和瘪谷的实测值，准

37、确显示谷物的水分值。可根据粮食特性设置品种；烘干过程中的水分可通过电子显示屏在线确认；烘干机自动停机后，始终显示出粮前的最终水分值；由于外界条件的影响，当显示的水分值与实际水分存在误差时，可通过水分校正旋钮进行校正。风分离分散器风选分散机可在粮食循环过程中通过空气分离去除粮食中的夹杂物，同时将粮仓内的粮食均匀分散。生物质燃烧器（也可用作煤燃烧器）以碾米厂废料稻壳为燃料，通过换热器加热清洁空气，以清洁热空气为干燥介质，实现零污染干燥。热源为回收的工业废料，可最大限度地降低干燥成本。生物质燃料的二氧化碳排放量为零，有利于保护地球，减轻环境负荷。3.4.2谷物烘干机的工作原理装粮时，料斗中的谷物通过

38、提升机，将谷物提升到主仓顶部，然后通过上层绞龙将谷物送入干燥箱，直至装满。烘干过程中，卸粮机构不断地将烘干段底部的谷物排出到下绞龙，下绞龙将谷物送至提升机提升至上绞龙，再由上绞龙将谷物送至下层绞龙。囤积、吊装 在自重的作用下，粮食从上到下缓慢地移动到四个烘干段。从粮食进入烘干段到粮食第二次进入烘干段为一个循环。由热风炉间接加热的空气在离心引风机的作用下被送入干燥段的热风室。 ，热空气流与粮食得到更充分的接触，使粮食受热、升温、下雨，粮食层干燥后的废气从排气室排出。重复此循环以实现循环干燥，直到谷物的水分含量达到所需的筒仓标准。粮食进入慢速阶段期间，没有通风和加热，但粮食刚刚离开干燥段，保持一定

39、的温度。由于粮食表面与部分粮食之间的温差和湿度差，粮食部分的水分逐渐向外移动。 ，并逐渐趋于平衡，为下一轮变暖和降水创造条件。 HYPERLINK l _Toc32480 粮食烘干机控制要求1、干燥温度的控制超过温度45和加热过快会导致谷物爆裂。这是因为在干燥过程中，谷物的水分形成了高低水分含量的梯度，使水分从外部移动。受热的谷物在外面形成高低温度梯度。温差使水从外面移动，两个相反的水运动相互对立，造成靠近粮食表面的水运动缓慢区，阻止水快速向外运动。粮食表面水分迅速流失和收缩，产生裂纹。温度过高40，大米品质变差。当含水量超过25%的大米在25%以上40的高温下烘干时，谷粒中的氨基酸结构发生变

40、化，失去新米的香气，大米的异味强，味道明显变差。高温烘干的大米一定口感差。高于 38C 的温度将导致种子发芽率降低。在高温干燥初期，高水分的籽粒已经处于种芽诱导状态。胚芽获得营养，使乳房破裂并变白，然后发芽。随着干燥过程的进行。这种状态在干燥和脱水过程中消失，嫩芽被烧死。因此，用作种子的稻谷不能用高温和热风干燥。温度太低，无法烘干谷物。因此，操作过程中应严格控制干燥温度，每10分钟检测一次谷温。现在比较先进的低温干燥机都装有谷温传感器，温度过高时可以自动控制。2、干燥速度的控制实践表明，谷物的干燥速度会增加爆裂率。一般每小时降水率不应高于1%。高水区粮食含水率高于22%时，采用恒温控制，中低水

41、区粮食含水率低于22%时，采用烘干速度控制，以降低造成的速度。通过快速干燥。爆腰。一般粮食烘干机的烘干速度分为快、快、一般、慢、慢五个等级。3、干燥间隙的设置在干燥过程中，谷物的表层首先被干燥，谷物中心的水分不能扩散。此时，热风继续流动，干燥效率降低。此时，如果停止加热（称为“慢”），谷物本身的热量仍会散发到外面，而在减速期间，谷物的外层水分会逐渐变平。因此，间隙干燥（缓慢重复循环加热，直到水停止）是稻谷干燥的最佳解决方案。实践证明，加热15分钟左右后，停止加热45分钟再加热的过程是最好的。4、谷物水分的控制过度干燥是指谷物被干燥到谷物的水分含量低于规定的安全储存水分含量。过度干燥不仅会破坏大

42、米的口感，降低碾米时的大米产量，还会造成巨大的经济损失。一般可干燥至含水率15%。更先进的低温干燥机具有自动湿度计。当测量值接近设定值时，燃烧炉会自动关闭并停止。只有掌握正确的操作方法，烤出来的谷物才会冷、品质好、发芽率高、干燥快、省油、省电、成本低。4 硬件设计4.1 PLC和CPU型号的选择与其他微机相比，PLC更适合在恶劣的工业环境中运行，数据处理功能大大增强，功能指令强大，编程也极为方便。简单的编程指令具有模块化功能，可解决本地编程、监控、通讯等。PLC的梯形图语言清晰、直观、易读易掌握。 PLC具有丰富的功能指令，可以实现加减乘除以及数据传输、比较、移位等功能。还具有实时时钟指令，可

43、轻松实现定时显示。高可靠性，丰富的I/O接口模块，模块化结构，易编程，易学，易安装，易维护。因为西门子的PLC应用广泛，价格便宜。本设计选用西门子S7-200系列。在满足控制要求的前提下，应选择性价比最优的CPU。一般可以从以下几个方面考虑：1. I/O点估计I/O点数是PLC的一个重要指标。合理选择I/O点数可以使系统满足控制要求，最大限度地减少系统的总投资。 PLC的输入输出点的总数和类型应根据被控对象的模拟量、开关量和输入/输出设备状态（包括模拟量、开关量和输出类型）来确定。一般一个输入输出元件应占用一个输入输出点。 .考虑到未来的扩容，总点数一般应估计加15%20%的储备金。本设计占用

44、的I/O点数计算：输入信号：启动按钮，需要8个输入点；停止按钮，需要1个输入点；以上一共需要9个输入信号点，考虑到以后系统的调整和扩展，预留20%的备用点，即920%=1.8，取2个点，所以共用11个输入点。输出信号：控制提升机、风机上绞龙、下绞龙、出粮轮、燃烧器、出粮管。总共需要 6 个输出点。考虑到以后系统的调整和扩展，预留20%的备用点，即620%=1.2，取2个点，共享8个输出点。2. 用户存储容量估算用户应用程序占用的内存量与I/O点数、控制要求、计算处理能力、范围结构等诸多因素有关，因此在编程前只能粗略估计。根据经验，每个I/O点及相关函数占用的内存大致如下：开关量输入元件：102

45、0B/点；开关量输出元件：510B/点；定时器/计数器：2B/pc；模拟量：100150B/点；通讯接口：一个接口一般需要300B以上；根据上面计算的总字数和25%左右的备用量，可以估算出程序所需的存量，选择合适的PLC存储。本设计所需的 CPU 内存计算：开关量输入元件9点1020B/点90180B；开关量输出元件：6点510B/点3060B；模拟量：1点100150B/点100150B；系统中有一个湿度传感器输入的模拟信号，所以选择CPU224XP来满足控制要求。该系统还有两个 LED 显示屏，每个显示屏需要 8 个数字输入控件，可以扩展为两个 EM222。 EM222 是一个 8 点数字

46、输出模块。这里我们选择系统为1个CPU224（14进10出继电器输出），外加1个扩展模块EM222（4AI/IAO）。整个PLC系统的配置如图2.2所示。主机单元CPU224AC/DC继电器模拟量单元EM 2224AI/IAO图5.1 CPU配置图所有输入点与 24V 电源共用一个公共点（0V 点），无需外部提供 24V 电源。继电器输出提供四个公共点，每个公共点相互独立，并提供四个独立的输出通道，对应有隔离要求的输出控制。CPU速度和存储容量是PLC的重要参数，它们决定了PLC的工作速度、I / O数量和软件容量等，因此限制了控制规模。根据 I/O 点数确定模块规格和数量。 I/O 模块的数

47、量可多可少，但最大数量受限于 CPU 可以管理的基本配置能力，即背板或机架插槽的最大数量。3.I /O分配PLC按照分开编号的原则分配输入/输出定义编号。输入信号点用I表示，输出信号用Q表示。输入从I0开始依次赋值，见表4.1，输出从Q0开始依次赋值，见表4.2。表4. 1 输入信号分配表编号输入定义号输入信号1I0.0进纸按钮2I0.1通风循环按钮3I0.2热风循环按钮4I0.3紧急按钮5I0.4提升机，上螺旋钻启动按钮6I0.5风扇是否启动7I0.6下螺旋钻是否启动8I0.7谷轮是否启动9I1.0谷物水分检测10I1.111I1.2表4. 2 输出信号分配表编号输出定义号输出信号1Q0.0

48、提升机，上部螺旋钻启动2Q0.1风扇启动3Q0.2下螺旋钻开始4Q0.3粮轮启动5Q0.4燃烧器（点火）启动6Q0.5粮食水分达标报警7Q0.68Q0.74.2 系统选型与配置系统选用SM-16R PLC，10点DC24V输出，6点继电器输出，AC85V-264V供电，如表4.3所示。一个乙FG+24V0VI1.1I1.0I0.7I0.6I0.5I0.4I0.3I0.2I0.1I0.0SM-16R交流1Ac2FGQ0.5Q0.4Q0.3C3Q0.2C2Q0.1C1Q0.0C0表4.3 SM-16R端子台分配表所有输入点与 24V 电源共用一个公共点（0V 点），无需外接 24V 电源。继电器提

49、供四个公共点，公共点相互独立，提供四个独立的输出通道，对应有隔离要求的输出控制。每个干燥器有 1 个水分检测器和 1 个数字显示器。总输入点数为 9 个数字点、1 个模拟点和 6 个数字输出点。其电路及接口如下：主控电路图4.2 谷物烘干机主电路图2.系统控制电路图4.3 系统控制电路图3.PLC外围设备连接图4.4 外围设备接口4、PLC控制系统I/O端子接线图图4.5 PLC控制系统I/O端子接线图4.3 主要参数计算1) 断路器QS是供电系统的电源开关。主电路控制对象为感性负载交流电动机。断路器的过电流脱扣值设置为电机启动电流的 1.7 倍。烘干机有7台2.2kW负载电机，该过程需要7台

50、电机独立启动和运行，所以自动切换QS跳闸电流I Q S可根据2.2kW电机选择：I QS = ，选择1.7INI QS的断路器。2) 熔断器 FU 熔体额定电流I FU 。以曝气风机为例，如果I FU ，则选择2INI FU的熔体。剩余熔体额定电流的选择。3）热继电器的选型请参考相关技术手册，负载额定电流为1.2倍。4）能耗制动参数计算制动电流I D =1.5 I N直流电压 U D =R I D整流变压器二次侧交流电流I 2 = I D /0.9电压U 2 =U D /0.9整流变压器容量 S= I 2 U 24.4 电源模块_PLC电源用于为各个PLC模块的集成电路提供工作电源。同时，有的

51、还为输入电路提供24V工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC）、直流电源（常用于24VAC）。4.5背板或机架大多数模块化PLC使用背板或机架，其作用是：电气上实现模块之间的连接，使CPU可以访问背板上的所有模块，机械上实现模块之间的连接，使每个模块构成一个整体。4.6 PLC系统的其他设备1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监控运行、检查和维护不可缺少的设备。用于编程，对系统进行一些设置，监控PLC和PLC控制的系统的工作状态，但不直接参与。现场控制操作。小型编程器PLC一般都有手持编程器，目前一般使用电脑（运行编程软件）作为编程器。2、人机界面：最简单的人机界面就

52、是指示灯和按键。目前，液晶屏（或触摸屏）一体化操作终端应用越来越广泛，计算机（运行组态软件）作为人机界面。很常见。3、输入输出设备：用于永久存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器、输入模拟量的电位器、打印机等。4.7 PLC通讯组网_依托先进的工业网络技术，可以快速有效地采集、传输生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越明显，甚至有人提出“网络就是控制器”的观点。PLC具有通讯和联网功能，使PLC与PLC、PLC与上位机等智能设备之间进行信息交换，形成统一的整体，实现分散集中控制。大多数 PLC 具有RS-232接口，有些具有支持各自通信协议的内置接口

53、。PLC尚未实现互操作性。 IEC规定了多种现场总线标准，被所有PLC制造商采用。对于自动化项目（尤其是称重控制系统），网络的选择非常重要。第一，网络要开放，方便不同设备的集成和未来系统规模的扩展；其次，要根据不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这需要在对网络标准协议、机制有更深入了解的前提下；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、站点环境适用性等具体问题，确定不同层次使用的网络标准。5 自动控制系统设计5.1 粮食干燥工艺谷物水分达标提升机打包排粮管高水分谷物谷物水分不达标进料斗干燥仓调质仓上绞龙排粮轮下绞龙图5.1 谷物烘干工艺流程粮食烘干工艺要求：(1)粮食通过进料斗进入提升机，这

54、里判断水分是否超标。（2）超标通过上绞龙、调质烘干仓烘干，再通过粮仓卸料仓、下绞龙返回提升机。（3）对晒干的粮食，确定水分含量是否超标。若含水率达标，出料管出料包装，工序结束；（4）烘干时，一般用较低的热风温度（50 -60）烘干粮食（如果是烘干粮食种子，温度不超过100 40），加热和缓速在同一机上进行，使用较短的加热时间（约 8 C）。分钟）和更长的延迟时间（约 1 小时）来处理仓粮。5.2 系统软件设计5.2.1流程图根据粮食烘干机的工艺要求，该系统主要包括粮食水分检测和燃烧器控制。应定期进行水分检测，并将检测到的粮食水分与给定值进行比较。如果检测到的粮食水分不大于粮食水分给定值，则控制

55、燃烧器关闭，否则控制燃烧器点火燃烧。粮食烘干机热风循环自动控制部分框图如图4.2所示。启动上绞龙，提升机启动风机启动下绞龙启动谷物水分给定值不小于给定值燃烧机点火启动燃烧机熄火启动结束图5.2 热风循环自动控制部分程序框图5.2.2系统梯形图设计PLC梯形图是根据继电器控制电路图设计的，对应电气原理图。每个控制功能由一个或多个语句组成的用户程序执行。每条语句都是一条指令，规定了CPU 的运行方式，其功能与微型计算机的功能相同。此外，PLC语句也由操作码和操作数组成。 PLC按照从左到右、从上到下的扫描顺序执行用户程序。扫描过程按照梯形图步骤的顺序执行，上一步的结果就是下一步的条件。一个工程问题

56、可以分解为多个相对独立的小问题，最终形成一个完整的系统，如图5.3和5.4所示。图5.3 梯形图图5.4 梯形图续图5.2.3系统 STL 语句图5.5 STL语句5.2.4梯形图和程序安排I0.0M1.1M0.0T33Q0.0M0.1M0.2T34M0.0T33I0.4M0.1M0.2M1.2T34I0.6M0.3M0.4M1.3Q0.1M0.3M0.4T35Q0.2M0.5M0.6T35I0.7M0.5M0.6M1.4T36Q0.3Q0.4T36T36T36Q0.5I1.0I1.0图 5.6 梯形图0000 LD I0.0 0021 = M0.40001 O M0.0 0022吨T35,5

57、00002 AN M1.1 0023 LD T350003 = M0.0 0024 = Q0.20004吨T33,50 0025 LD I0.70005 LD T33 0026 = M0.50006 = Q0.0 0027 LD M0.50007 LD I0.4 0028 O M0.60008 = M0.1 0029 AN M1.40009 LD M0.1 0030 = M0.60010 O M0.2 0031吨T36,500011 AN M1.2 0032 LD T360012 = M0.2 0033 = Q0.30013吨T34,50 0034 LD T360014 LD T34 0035A I1.00015 = Q0.1 0036 = Q0.40016 LD I0.6 0037 LD T360017 = M0.3 0038 AN I1.00018 LD M0.3 0039 = Q0.50019 O