基于PLC粮食烘干机系统开发报告

一、项目背景与开发意义粮食烘干是保障产后粮食品质、减少霉变损失的核心环节。传统烘干设备依赖人工操作，存在温度湿度控制精度低、能耗高、烘干质量不稳定等问题。采用可编程逻辑控制器（PLC）构建智能化烘干控制系统，可实现烘干过程的精准调控、节能降耗与无人值守，对提升粮食烘干产业现代化水平具有重要实践价值。二、系统需求与工艺分析（一）工艺需求粮食烘干需遵循“缓速升温、分段控温、均匀降水”原则。以玉米烘干为例，需经历预热（≤50℃）、高温烘干（50-65℃）、缓苏（自然降温平衡水分）、冷却（环境温度±5℃）四个阶段，各阶段的温度、湿度、时长需根据粮食品种、初始含水率动态调整。（二）控制需求1.参数监测：实时采集烘干仓内温度（多点分布）、粮食含水率、料位高度、热风风速等参数；2.执行调控：控制热风炉启停、风机转速、排粮电机频率、冷风阀开度，实现温湿度闭环调节；3.安全保护：具备超温报警、堵料停机、断料预警、设备故障自诊断功能；4.数据管理：记录烘干批次、工艺参数、能耗数据，支持生产报表生成与历史数据追溯。三、PLC控制系统硬件设计（一）PLC选型结合系统规模（I/O点数约80点，含模拟量输入12路、输出8路）与可靠性要求，选用西门子S7-1200系列PLC（CPU1215C）。其集成PROFINET通信接口，支持高速计数与PID运算，满足多参数实时控制需求。（二）硬件组成1.传感器模块：温度传感器：PT100热电阻（精度±0.5℃），烘干仓上、中、下三层各布置3个测点；湿度传感器：电容式含水率传感器（量程10%-35%，精度±1%），安装于排粮口；料位传感器：超声波料位计（量程0-5m），监测烘干仓料位高度；风速传感器：热膜式风速仪（量程0-15m/s），反馈热风风速。2.执行机构：热风炉：接触器控制启停，电动调节阀（模拟量输出）调节燃料供给量；风机：变频电机（0-50Hz调速），实现热风风速无级调节；排粮电机：伺服电机（脉冲控制），精准控制排粮速度；冷风阀：电动蝶阀（开关量控制），烘干后期引入冷风降温。3.硬件拓扑：PLC通过PROFINET总线连接分布式I/O模块（ET200SP），传感器与执行机构信号经I/O模块采集/输出，实现“集中控制、分散采集”，降低布线成本与信号干扰。四、控制系统软件设计（一）程序架构采用模块化编程思路，将程序划分为主程序（OB1）、温度控制（FC1）、湿度控制（FC2）、料位监测（FC3）、故障处理（FC4）子程序。主程序循环调用各功能块，子程序专注单一控制逻辑，提升代码可读性与维护性。（二）核心控制算法1.温度PID控制：以烘干仓平均温度为被控量，热风炉燃料量为控制量，通过PID算法（参数Kp=2.5、Ki=0.1、Kd=0.5）动态调节温度。温度偏差＞5℃时，启动“快速升温”模式（Kp=4.0）；偏差＜2℃时，切换为“精细调节”模式（Kp=1.5），避免超调。2.湿度分段控制：根据粮食含水率划分“高水分区（＞25%）”“中水分区（18%-25%）”“低水分区（＜18%）”，对应不同排粮速度与热风温度。例如，高水分区排粮速度降低30%，热风温度提升5℃，加快降水速率。（三）人机交互设计主界面：实时显示温湿度、料位等参数曲线，设备运行状态；工艺设置：修改烘干阶段温度、时长、排粮速度，支持“玉米”“小麦”等品种工艺模板调用；故障界面：弹出报警窗口（超温、堵料等），显示故障代码与处理建议，支持远程复位。五、系统调试与优化（一）硬件调试1.传感器校准：恒温箱中对PT100热电阻多点校准，确保温度误差＜0.3℃；通过标准湿度发生器验证含水率传感器精度，调整补偿系数；2.执行机构测试：手动触发PLC输出信号，测试热风炉点火、风机调速、排粮电机控制的响应速度与动作精度。（二）软件调试1.模拟运行：通过S7-PLCSIM模拟烘干过程，验证温度PID控制稳定性（阶跃响应无超调，调节时间＜10min）；2.现场联调：空载测试料位监测、故障报警逻辑；带载调试（含水率28%的玉米），记录参数曲线，优化PID与排粮速度。（三）优化措施1.能耗优化：调整热风炉启停逻辑（温度偏差＜1℃时暂停，利用余热烘干），单位粮食烘干能耗降低12%；2.烘干质量优化：延长缓苏阶段湿度平衡时间（5min→8min），粮食爆腰率由3.2%降至1.8%。六、应用效果与效益分析（一）性能指标1.控制精度：温度±1.5℃，湿度±1%，排粮速度误差＜2%；2.烘干效率：单批次（100吨玉米）时长由24h缩短至18h，效率提升25%；3.可靠性：平均无故障运行时间（MTBF）达5000h，故障修复时间（MTTR）＜30min。（二）经济效益以年烘干量5万吨的粮库为例：能耗成本：每吨电费由8元降至6.5元，年节约6.25万元；人工成本：减少操作人员2名，年节约12万元；品质收益：破损率降低2%，每吨售价增加50元，年增收25万元。七、结论与展望本系统通过PLC实现粮食烘干过程的自动化、精准化控制，解决传统