毕业设计（论文）-粮食烘干机自动控制系统设计.doc

江苏科技大学本科生毕业设计（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 班级学号 指导教师 二零 年六月II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。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(包括主机、操作站、数据转发卡、I/O卡件、I/O测试信号点、回路、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140.5%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。关键词 ：粮食烘干机；自动控制系统；组态；监测AbstractAlphaOur 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 countrys 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11.1研究背景11.2 国内外研究现状与研究的局限性11.3 本文的主要研究内容4第二章 JX-300组态软件介绍52.1 JX-300组态软件简介52.2 集散控制简介62.3 SCKey组态软件特点6第三章 烘干机简介73.1 粮食的干燥原理73.2 粮食的干燥条件73.3 干燥设备的分类8第四章系统组态设计94.1整理硬件及I/O信息，分配测点94.2 建立组态文件114.3 主机设置与操作站设计124.4 控制站I/O组态134.5 控制方案的组态144.6 操作小组组态17第五章 仿真与现场模拟调试245.1系统总貌实时监控画面分析245.2 系统控制分组实时监控画面分析245.3 系统监控趋势图分析255.4 系统流程图监控图分析265.5 系统一览监控图分析265.6现场模拟调试27结 论31致 谢32参考文献3332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5亿吨。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15，远远超过5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5，若按粮食年产量5亿吨来计算，相当于2500万吨粮食。若按照每人每天食用一斤粮食计算，足够68万人一年的粮食用量。在南方地区霉雨季节偏长的省份(比如江苏、湖北、上海、浙江以及安徽) 粮食霉烂损失率每年高达10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，而且能实现粮食干燥的机械化、自动化，干燥时间短、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。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我国关于粮食干燥机械方面的推广发展大概有50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，6070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。8090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。90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1997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。当前，浙江、江苏、广东、福建等地这种干燥机基本己达2000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。2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50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。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，50-60已取得很大程度的进展，已基本具备机械化的粮食烘干机，粮食烘干技术在60-70年内已实现自动化的发展,70-80年间，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，90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90的大米、美国约85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92，走上了一系列农业生产和产业化。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.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24，如果放置10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110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25万元到120万元不等，基本可以使用15年，约36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3倍多。相比之下，机械干燥是节本增效之举。此外，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.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。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JX-300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。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。（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。（3） 对粮食烘干机控制系统的主要工作部分在JX-300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。（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。第二章 JX-300组态软件介绍2.1 JX-300组态软件简介JX-300X的基本组成包括工程师站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通讯网络SCnet II 。通过在JX-300X的通讯网络上挂接总线变换单元（BCU）可实现与JX-100、JX-200、JX-300系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU）可实现JX-300X与PLC等数字设备的连接；通过多功能计算站（MFS）和相应的应用软件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（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。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DCS的功能，还具有高速数字量处理、高速顺序事件记录（SOE）、可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功能块图（SCFBD）、梯形图（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SCX。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控制站以先进的微控制器（30MHZ Philips 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CPU的主机和WINDOWS95/NT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。高速、可靠、开放的通讯网络SCnet II JX-300X系统控制网络SCnet 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TCP/IP协议和IEEE802.3标准。SCnet 采用11冗余的工业以太网，TCP/IP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10Mbps。SCnet 真正实现了控制系统的开放性和互连性。通过配置交换器(SWITCH)，操作站之间的网络速度能提升至100Mbps，而且可以接多个SCnet 子网，形成一种组合结构。每个SCnet 网理论上最多可带1024个节点，最远可达10,000米。目前已实现的网络可带载15个控制站和32个其它站。2.2 集散控制简介集散控制系统（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。由于DCS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I/O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“系统组态”。SUPCON DCS的组态工作通过组态软件SCKey来完成。该软件用户界面友好，操作方便，充分支持各种控制方案。SCKey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。2.3 SCKey组态软件特点SUPCON DCS系统的SCKey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）技术和对象链接与嵌入（OLE2）技术，基于中文Windows系列操作系统开发的32为应用软件。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面，并大量采用Windows的标准控件，是操作保持了一致性，易学易用。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F1键或选择菜单中的帮助项，就可以随时得到帮助提示。第三章 烘干机简介3.1 粮食的干燥原理所谓粮食烘干，就是通过某些特定的方法，将粮食中多余的水分排出，保留适当的少量的水分最终以达到安全存储粮食的目的。粮食烘干的过程就是使粮食中排出的多余的水变成水蒸汽，然后再利用粮食周围的干燥介质（本课题采用的干燥介质是干燥的空气）所吸收，最终达到粮食干燥的目的。干燥的总体过程可以归纳为两种基本过程：（1）干燥过程中粮食内部的水分在被加热之后沿毛细管扩散的粮食外壳的表面（2）粮食外壳表面的水分再被干燥介质带走。但是，如果仅仅是在常温下区干燥粮食，水分挥发的会非常慢。所以，为了加快粮食的干燥速率，就需要做一些辅助措施。最基本的就是增加粮食和干燥介质的温度，增加干燥介质的相对流动速度等。本课题中，谷物干燥机在工作时，粮食经过四个不同的阶段（即两个干燥段与两个冷却段），经过的路程相对较长，热风在鼓风机的作用下，吹进干燥段对粮食进行干燥，带走大部分水分。在冷却段，温度相对较低，在进一步干燥粮食的基础上也会降低粮食的温度，使其温度更接近常温，以便于保存。以此就可以平稳高效地完成整个干燥过程。3.2 粮食的干燥条件粮食烘干条件，就是指对干燥过程有影响的各种主要因素的总和，例如：干燥介质的温度、干燥速度、干燥时间等。粮食干燥的主要目的，就是为了降低粮食水分的含量，使粮食在储存过程中，有较好的稳定性。粮食在干燥后不应降低粮食的固有品质，而应尽可能地改善粮食的不同用途的品质、食用品质和加工工艺品质。粮食在干燥过程中，由于需要及时去除水分，往往采用较高温度的干燥方法，既要在短时间内，较经济地进行干燥作业，又要保证粮食品质不发生劣变，这就要选用合理的干燥条件。所谓合理的干燥条件，是指影响干燥过程的各种主要参数(干燥介质的温度、速度、湿度等)的合理组合。选择干燥条件，主要依据粮食的种类、成熟度、原始水分和不同用途等，综合分析并有侧重地选择。不同干燥方法，不同的粮食烘干机，不同的粮食品种，则需不同的干燥条件，以尽可能减少烘干对粮食品质的不良影响。3.3 干燥设备的分类粮食干燥设备的类型多种多样，但基本原理都是利用干燥介质的热能，使粮食中的水分蒸发，达到干燥降水的目的。按干燥设备的产量来分，可分为大型、中型和小型干燥机；按干燥对象种类来分，可以分为专用型和多用型干燥机；按加热方式分，可分为对流式、传导式与辐射式；按干燥介质的温度分，可分为高温、常温和低温干燥机；按空气与粮食的相对运动分，可分为顺流式、逆流式、横流式和混流式干燥机；按可否移动分，可分为固定式和移动式干燥机；按干燥容器内气压来分，可分为常压干燥机和真空干燥机等。第四章 系统组态设计众所周知，粮食烘干机是农业生产中的一种常见设备。对于粮食烘干机，干燥介质的温度、流量以及两层厚度将直接影响最终粮食烘干的结果。当干燥介质的温度、流量不符合烘干条件时，会使烘干后的粮食达不到既定的标准甚至出现废粮造成浪费。因此，对粮食烘干机干燥介质的温度、流量都需要严加控制。本课题主要设计粮食烘干机框架，对其基本工作原理进行研究、仿真、模拟。其基本框架如图4-1所示。含水分粮食干燥粮食储存仓2（单回路控制）烘干设备主体（两个单回路控制，一个串级控制）储存仓1（手操器控制回路）粮食初步筛选（除杂）图4-1 粮食烘干机基本框架4.1 整理硬件及I/O信息，分配测点根据前期设计的粮食烘干机的总体框架，其I/O组态中的I/O点分配如表4-1。表4-1 I/O 测试点详细分配位号描述量程备注W-101谷物初始水分检测0100%420 mAW-1021干燥段2谷物水分检测0100%420 mAW-103出口谷物水分检测0100%420 mAT-101干燥段1入口风温度0100K型热电偶T-103冷却段1入口风温度0100K型热电偶P-101干燥段1入口风压力0100Pa420 mAP-102冷却段1入口风压力0100Pa420 mAFa-101储存仓1调节阀0100%420 mAFa-102储存仓2调节阀0100%420 mAFa-103冷却段空气调节阀0100%420 mAC-101储存仓1粮食储量0100%420 mAC-102储存仓2粮食储量0100%420 mAN-104传送机4电机转速检测04000n/min电压15VNL-101冷却段鼓风机转速检测04000n/min电压15VKON-101泵开关指示开关量输入（干触点）KOF-101泵操作指示开关量输出（干触点）TJ-101传送机4电机转速调节输出4-20mACJC-101储存仓1调节回路输出4-20mACJC-101储存仓2调节回路输出4-20mAWNC-101传送机4转速调节内环输出4-20mAWNC-101传送机4转速调节外环输出4-20mALFTJ-101冷却段入口风温度调节输出4-20mALFTJ-102冷却段入口风压力调节输出4-20mA表中I/O接口分为模入量、摸出量、开关量输入与开关量输出。其卡件配置是根据JX-300组态软件内部硬件模拟部分配置的。机柜机笼卡件布置图如图4-2所示。表4-2 机柜机笼卡件布置图00010203040506070809101112131415冗余冗余冗余冗余SP313SP313SP313SP313SP314SP314SP314SP000SP313SP313SP322SP322SP322SP000SP362SP363具体的卡件及通道布置图如表4-3所示。表4-3 具体卡件配置序号卡件型号卡件通道0001020304测点分配图00SP313W-101W-1021W-103备用备用02SP313C-101C-102P-101P-102备用04SP314T-101备用备用备用备用05SP314T-103备用备用备用备用06SP314N-104备用备用备用备用08SP313Fa-101Fa-102Fa-103备用备用10SP322CJ-101CJ-102TJ-101备用备用12SP322LFJ-101LFJ-102备用备用备用14SP362KOF-101备用备用备用备用15SP363KON-101备用备用备用备用由上面的卡件布置图和测点分配清单，基于JX-300组态软件包的组态工作就可以顺理成章的进行了。4.2 建立组态文件正式开始进行组态的时候，首先需要新建一个组态文件，将系统的配置信息集中、完整的体现在组态文件中。新建组态文件的时候需要指定文件的存放路径及文件名。新建组态文件的时候，系统会生成（文件名）.sck的组态文件，同时，在同一个目录下系统会自动生成一个和组态文件同名的文件夹。如图4-2所示。图4-2 组态文件与同行文件夹该文件夹下面包含着一些小文件夹，如图4-3所示。图4-3 小文件夹这些小文件夹具体的名称和作用如下：control：存放图形化组态文件；flow:存放流程图文件；lang：存放SCX语言文件；report：存放报表文件；run：存放运行文件，如*.scc、*.sco等文件；temp:存放临时文件。在组态中，所绘制的流程图、制作的报表、编写的程序等都需要正确的寻访在相应的文件夹中。4.3 主机设置与操作站设计主机设置是对系统各主控制卡与操作站在系统中的位置进行组态。本课题粮食烘干机的组态结果如图4-4所示。图4-4 主机设置操作站组态结果如图4-5所示。图4-5 控制站设置4.4 控制站I/O组态主机设置完成以后，可以进行控制站的I/O组态，I/O组态主要包括下面的一些内容：1、 数据转发卡设置；数据转发卡组态是对某一控制站内部的数据转发卡在SBUS-S2网络上的地址以及卡件的冗余情况等参数进行组态。2、 I/O卡件设置；I/O卡件设置是对SBUS-S1网络上的I/O卡件型号及地址等参数进行组态。3、 信号点设置；I/O信号点设置在I/O点组态画面中进行。对于本课题粮食烘干机其数据转发卡设置如图4-6所示；I/O卡件设置如图4-7所示；信号点设置如图4-8所示（仅以0号地址的SP313四路电流信号卡为例）。图4-6 数据转发卡设置图4-7 I/O卡件设置图4-8 信号点设置（00号地址SP313四路电流信号卡）完成上述设置后，在组态软件界面左侧的显示区中，可以看见树状的系统结构图，前面所组态的卡件和信号点都可以在树状结构图中找到。4.5 控制方案的组态控制方案组态是对系统中一些需要控制的信号进行组态，本课题粮食烘干机控制方案组态中只需常规控制方案组态。JX-300系统以基本PID算式为核心进行扩展，设计了串级、前馈、串级前馈（三冲量）等多种控制方案。组态软件提供的这些常规控制方案，对一般要求的常规控制，基本都能满足要求。本课题粮食烘干机自动控制系统运用了两个手操器回路（储存仓1粮食储量调节回路与储存仓2粮食储量调节回路）、两个单回路（冷却段1入口分温度调节回路与冷却段1入口风压力调节回路）、一个串级回路控制（传送机4电机转速调节回路）。PVMV手操器受控对象1、 手操器回路原理图见图4-9，组态状况（仅以储存仓1粮食储量调节回路为例）见图4-10。图4-9 手操器原理图图4-10 手操器回路组态2、 回路调节原理图见图4-11，组态状况（仅以冷却段1入口风温度调节为例）见图4-12。SV+DVMV受控对象单回路控制器器手动值控制参数PV图4-11 单回路原理图图4-12 单回路组态3、单回路PID控制是最常见的控制算法，在绝大多数情况下，它已经可以满足生产控制要求，但是在某些场合，这种简单的算法可能会不合要求。这些场合包括：（1）过程可控程度差，如对象具有大纯滞后的情况；（2）过程具有明显的时变特性或非线性特性；（3）扰动剧烈，而且幅度大；（4）控制性能要求较高；（5）过程参数之间存在严重关联；为了改进算法以满足上述场合的控制要求，在单回路的基础上，开发了串级控制等有效的控制算法。在本课题粮食烘干机中对于粮食最终的含水量一部分是通过其在烘干设备中的停留时间来决定的，换句话说是通过控制传送机4的电机转速来控制其在烘干设备中的停留时间。本课题中在出口处与烘干段2两处设置了两个谷物水分检测点，如若在干燥段2检测到粮食水分稍微偏离标准计算值，则可通过其先对传送机4采取措施，而不必等到粮食出口处再控制而减缓了控制速度，起到及时控制的作用，是出口处的粮食水分含量更加接近标准值，使控制效果更加。串级回路原理图如图4-13所示，组态状况如图4-14所示。+ INMVEXMVEXSV+DV1主对象副对象副控制器控制参数主控制器控制参数手/自动开关串级开关INSV手动值+ 图4-13 串级回路原理图图 4-14 串级回路组态4.6 操作小组组态控制站的组态完成之后要进行操作站的组态。操作站的组态主要包括操作小组的组态、标准操作画面的制作、流程图的绘制、报表制作自定义键组态。在实际的工程应用中，往往并不是每个操作站都需要查看和监测所有的操作画面，例如，某工程采用DCS控制现场的两个工段，每个工段由指定的操作工分别在两台不同的操作站上进行监控操作，众所周知，这时现场往往会要求这两个操作站上可以显示完全独立的两组画面，即工段一的操作站上只需要显示与工段一有关的操作画面，工段二的操作站上只需要显示与工段二有关的操作画面，这时，可以利用操作小组对操作功能进行划分，每一个不同的操作小组可以观察、设置、修改指定的一组标准画面、流程图、报表、自定义键。系统运行时两个操作站上运行不同的操作小组，从而满足现场应用需要。操作小组的组态结果见图4-15。图4-15 操作小组组态系统的标准画面组态是指对系统已定义格式的标准操作画面进行组态。其中包括总貌画面、趋势画面、控制分组、数据一览等四种操作画面组态。趋势画面共有两页，显示各个测点的实时画面。趋势画面组态结果见图4-16。图4-16 趋势画面组态结果分组画面共有四页，分别为烘干机水分检测分组、烘干机温度检测分组、电机转速检测分组与回路分组。分组画面组态结果见图4-17。图4-17 分组画面组态一览画面用于总览各个部分实时状况，组态结果如图4-18所示。图4-18 一览画面组态结果总貌画面可以方便的查看各个部分（以上组态完成的）实时监控，可以在监控画面中很方便的调整到想要进入的监控画面。其组态结果如图4-19所示。图4-19 总貌画面组态标准的操作画面是系统定义的格式固定的操作画面，实际工程应用中，仅用这样的操作画面，还不能形象的表达现场各种特殊的实际情况。JX-300X系统有专门的流程图制作软件来进行工艺流程图的绘制。一般的，流程图的制作步骤如下：（1）在组态软件中进行流程图文件登录；（2）启动流程图制作软件；（3）设置流程图文件版面格式（大小、格线、背景等）；（4）根据工艺流程要求，用图4-20 粮食烘干机系统总静态绘图工具绘制工艺装置的流程图；（5）根据监控要求，用动态绘图工具绘制流程图中的动态监控对象；（6）绘制完后，用样式工具以完善流程图；（7）保存流程图文件至硬盘上，以登录时所用的文件名保存。本课题粮食烘干机共绘制流程图3幅，分别是系统结构总图，见图4-20；本课题粮食烘干机自动控制系统设计，主要完成对烘干机总体结构框架的设计，仿真系统的运行。在图4-20中，呈现的是烘干机总体结构。首先，运输车将粮食运送到指定地点后，通过传送机将粮食运送至升降机，升降机再将粮食升至筛选仓。在初筛选仓里，通过特殊的处理与操作，对粮食进行初步的筛选，除去明显的杂质，保证后续将要烘干的粮食的质量。被成功筛选处理后的粮食再被下放到下一传送带，经传送带运送至下一升降机，再经升降机升至储存仓1。将粮食先放在储存仓里，然后通过电动调节阀将粮食匀速向下放，这样可以基本保证进入烘干设备中的粮食基本上是一个厚度的，以对粮食烘干达到最好的结果。粮食在传送带上匀速经过烘干设备，烘干主体分为四个阶段：烘干段1、烘干段2、冷却段1和冷却段2。干燥段1和干燥段2设施相同，温度较高，是烘干粮食的主要阶段。将其分为两个阶段是为了使烘干段跨度适当加大，以达到充分烘干粮食的目的。冷却段1与冷却段2设施相同，与干燥段相比，冷却段温度相对较低，是为了进一步缓和的烘干粮食，同时降低粮食的温度，以便后续保存工作。最后经过烘干的粮食再被放到储存仓2里，以便运输或最终的进仓储存。储存仓流程控制简图，见图4-21。图4-21 储存仓1控制调节对储存仓的调节采用的手操器控制，通过人工的方法对出现的现象进行调节控制。正常工作状态下，粮食通过升降机源源不断的将粮食运送至储存仓，储存仓再匀速（本课题中设计电动调节阀正常工作时调节阀开50%）将粮食向下放到传送带上。储存仓设置储存量为0%-100%，当储存仓粮食储量在10%-90%之间时属于储存仓正常储量，此时电动调节阀开度为50%,正常工作。当粮食储量小于10%或者大于90%时，会触发报警系统进行报警。工作人员根据报警情况检查设备以及粮食储量。若报警由粮食储量过低引发，即储量小于10%而触发，工作人员就将电动调节阀开度调为0，就是关上调节阀。若报警由粮食储量过高引发，即储量大于90%而触发，工作人员就将电动调节阀开度调为100，就是将调节阀开至最大。同样，当报警状况消除后，工作人员再将电动调节阀调制正常工作状态的50%。此处，为了不使系统在报警线附近摆动重复报警、消除报警的状态，特设置了报警死区，以防止报警与消除报警的频繁发生。烘干过程详细控制，见图4-22。图4-22 烘干段流程控制对于粮食烘干机自动控制系统来说，最重要的就是烘干设施。粮食从储存仓1释放出来，经外传送带送至烘干设备的内传送带，由电动机带动匀速传送粮食。在干燥段，设置温度传感器与压力传感器，检测热风的温度与压力。对于不同的粮食，其适宜的温度不同，详见表4-4。表4-4 各种粮食的允许受热温度粮食品种玉米小麦大麦燕麦稻谷大豆花生高粱粮食允许受热温度（）饲料粮82828282-82种子粮43.443.440.543.443.443.432.043.4商品粮54.560.040.560.043.449.032.060.0由将要烘干的粮食来设置空气加热与温度调节装置来达到适宜的温度，然后热空气通过鼓风机向上方输送。温度传感器会检测热风的温度，温度如果不符合粮食干燥的要求可通过人工调节空气加热与温度调节装置来达到需要的温度。压力传感器会检测干燥段入口处热风的压力。由于由储存仓1释放的粮食是匀速释放，所以粮食的厚度基本不变。这样干燥段的热风压力就可以保持基本固定不变。在冷却段，也同样有压力传感器与温度传感器。在冷却段构成了两个单回路控制方案。冷却段的作用主要是进一步干燥粮食，并且使粮食的温度降下来，以适合运输或者储存。冷却段是通过加入冷空气与干燥段鼓风机吹过来的热风相混合使空气的温度有个适当的减少来降低空气的温度。而冷空气进来的多少则是通过电动调节阀来控制通风口的大小来决定进入的冷空气的量。此处的两个单回路控制分别是冷却段入口风温度调节回路与冷却段入口风压力调节回路。对于冷却段入口风温度调节回路，由冷却段的温度传感器来检测冷却段入口风温度。如果风温度不符合烘干原则或有偏差，则其偏差信号会控制电动调节阀产生相应的动作来调节冷却段入口风温度。对于冷却段入口风压力调节回路，由冷却段的压力传感器来检测冷却段入口风压力。如果风压力不符合烘干原则或有偏差，则系统会通过偏差信号来控制冷却段的鼓风机来调节冷却段入口风压力。在干燥段2与出口处均设置了谷物水分检测传感器，用以实时检测粮食水分，以对电机转速进行调节，进而决定粮食再烘干设备里的停留时间，以达到控制作用。组成了一个串级控制回路。此处，烘干设备组成了一个串级控制回路。干燥段2水分检测属于内环，出口水分检测属于外环。共同控制电机转速以更好地控制电机使其根据水分含量的多少来采取动作。实际控制中，在设备正常运转时，电机基本保持匀速转动。在出口处设置了一个粮食水分检测传感器作为外环调节。当传感器检测到粮食水分与140.5%有偏差时，其会根据偏差量对电机进行控制，产生动作，减缓或者加快电机的转速，以调节粮食在烘干设备中的停留时间，从而调节粮食的烘干结果，使其尽量接近标准值。在干燥段2设置一个粮食水分传感器检测设备作内环调节，是为了及时对粮食水分进行分析，如果粮食水分跟理论计算有偏差，则可以直接对电动机进行转速调节。如果只是通过出口处的水分检测来控制电机转速，速度太慢，已经来不及对烘干过程进行及时控制。串级控制可以使系统快速响应，以达到更好的控制效果。第五章 仿真与现场模拟调试通过JX-300X组态软件的监控软件窗口可以进入在JX-300X组态软件已组态的文件的实时监控状态。在监控画面中，用户可以很清楚的看到组态中各个物理量的实时变化，可以进行参数设置，以及调节系统PID参数来控制参数量，对系统进行控制、分析，得到结果。在监控软件中可以很方便的在各个窗口之间进行切换，体验监控软件的方便与强大。用户进入JX-300X组态软件的监控软件窗口时，需要勾选仿真运行选项，需要找到组态文件中的.IDX文件来运行，需要登录账号来选择用户的操作级别以更好的进行监控和控制。但是在未连接实际设备时，监控软件窗口中不允许进行参数改动，不能设置手动或自动控制，不能进行PID参数设置等操作。在连接了实际设备后（比如开关、电动调节阀、水箱等设备），监控软件就可以实时显示设备的开关以及工作状况。此时用户就可以对监控窗口中的参数、手自动、PID参数等进行设置，仿照实际运行效果，更深入的了解实验设计，更好的掌握软件使用以及对设备实际运行情况由更好的理解。5.1系统总貌实时监控画面分析系统总貌画面包括各个模拟量的监测和回路分组、趋势画面、一览画面以及流程图画面的入口。本课题中只需一个总貌画面。在总貌画面上可以很方便的进入各个需要监测的画面，大大简化了操作步骤，是监控操作简单易行，真正体现了JX-300X组态软件的强大与方便。系统总貌画面见图5-1。5-1 系统总貌画面5.2 系统控制分组实时监控画面分析系统的分组实时监控画面如图5-2所示。本课题共设置四个分组，分别为：烘干机水分检测粮食储量分组、烘干机温度检测分组、电机转速检测分组与回路分组。他们分别显示本课题中水分与粮食储量位号的变化趋势、烘干机温度传感器检测的温度变化趋势、电机转速变化趋势以及回路控制量的变化趋势。在控制分组实时监控画面里，用户可以观察到每个分组里各个监测点的实时状况，并且可以通过点击分组里的位号条形图来进入需要观察、设置的位号的调整画面，如图4-25。在调整画面里，可以设置该位号物理量的手动或者自动选择，可以设置是否需要报警装置，可以设置报警范围等操作。而且通过翻页选项