基于PLC和组态粮仓温度控制系统 - 图文

红河学院本科毕业论文（设计）

摘 要

目前，PLC技术和组态技术在各行各业得到了广泛应用，并且发展非常快。与传统的继电器相比，PLC技术在粮仓温度控制系统中的应用可以有效解决使用过程中生产粮食发霉、可靠性低等缺点。粮食在存储期间，由于环境、气候和通风等因素的变化，粮仓内温度会发生异常，这极易发生粮食的腐烂或发生虫害，因此，在粮仓对温度控制极为重要。

本文主要采用三菱FX-2N PLC技术对系统控制部分进行编程并运用组态王软件对其运行模拟。第一章介绍了粮仓温度技术现状以及研究目的和意义；第二章是系统的总体设计任务，硬件设计方案和软件设计方案；第三章主要是对系统的硬件设计进行分析，包括系统元件的选型和硬件电路的实现；第四章是控制部分，编写PLC控制粮仓温度的相关功能程序；第五章是运用组态软件进行模拟运行；第六章是对全文的总结。

关键词：粮仓；PLC控制；自动化；组态王

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ABSTRACT

At present, PLC technique and configuration technology has been widely applied in all walks of life, and developing very fast. Compared with the traditional relay, PLC technology in the granary temperature control system can effectively solve the moldy, low reliability of grain production in the use process. The food in the storage period, due to changes in the environment, climate and ventilation and other factors, the granary temperature be abnormal, it prone to food decay or pests, therefore, in the granary of temperature control is very important.

This paper mainly uses FX-2N PLC technology to Mitsubishi programming for the system control part and the use of Kingview software for the operation simulation. The first chapter introduces the present situation of the granary temperature technology as well as the purpose and significance of the study; the second chapter is the overall design of system, hardware and software design scheme; the third chapter is mainly on the hardware design of the system are analyzed, the selection and hardware circuit includes the system components; the fourth chapter is the control section, preparation of PLC function program control temperature; the fifth chapter is to simulate the operation by using configuration software; the sixth chapter is the summary.

Key words: Granary ；PLC control；Automation；King-view

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目 录

第一章 绪论 ........................................................ 1

1.1 粮仓温度控制系统现状 ........................................ 1 1.2 粮仓温、湿度控制系统研究的目的和意义 ....................... 1 1.3 可编程逻辑控制器的介绍 ..................................... 2 第二章 系统总体设计方案 ............................................ 4

2.1 工作任务分析 ............................................... 4 2.2 系统硬件方案设计 ........................................... 4 2.3 系统软件方案设计 ........................................... 4 2.4 系统需求分析及设计思路 ................................... 5

2.4.1 系统需求分析 ........................................ 5 2.4.2 系统设计思路 ......................................... 5

第三章 系统硬件设计 ................................................. 7

3.1 PLC的选型 .................................................. 7 3.2 谷物冷却机的选择 ............................................ 7

3.2.1 谷物冷却机的结构及工作原理 ............................. 7 3.3 传感器的选择 ................................................ 9 3.4系统硬件设计电路与实现 ...................................... 10

3.4.1 系统硬件结构图 ........................................ 10 3.4.2 PLC外部接线图 ........................................ 10

第四章 系统程序设计 ............................................... 12

4.1 控制系统的基本原则与步骤 ................................... 12 4.2 梯形图设计 ................................................. 14

4.2.1 初始化程序 ........................................... 14 4.2.3 粮仓温度控制主程序 ................................... 15 4.2.4 闪烁报警程序 .......................................... 17 4.2.5 计数显示程序 ........................................ 17 4.2.6 数据传送控制 .......................................... 18

第五章 基于组态王的粮仓温度控制系统监控程序设计 ................... 19

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5.1 组态软件介绍 ............................................... 19

5.1.1 概述 ................................................. 19 5.1.2 组态软件的功能及特点 ................................. 19 5.2 主控界面的程序设计 ......................................... 19 5.3 监控主界面 ................................................. 22 5.4 实时趋势曲线 ............................................... 22 5.5 历史趋势曲线 ............................................... 23 5.6 报警窗口 ................................................... 23 5.7 主页画面的制作 ............................................. 24 第六章 总结 ....................................................... 25 参考文献 ........................................................... 26 附录 ............................................................... 27 致谢 ............................................................... 30

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第一章 绪论

1.1 粮仓温度控制系统现状

网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域，因此，粮情检测技术粮情检测属监控系统范畴，近年来，由于计算机技术、超大规模集成电路技术和的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。

近年来，随着PLC和组态功能的日益强大和计算机的广泛应用，粮情检测的准确性、稳定性要求越来越高。寻找最佳配置和最好的性价比成为粮情监测研究的热点国外在粮情监控技术上已达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统。这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片，转换、温度补偿等功能。由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块、中继器、接插器、分线器等，技术也比较成熟。数字传感技术、通信技术、计算机成为当今信息技术的的三大基础，计算机监控技术已成人们关注的热点。

1.2 粮仓温、湿度控制系统研究的目的和意义

科学储粮是粮食生产的一个重要环节，若管理不当，粮食发霉或生虫会造成极大浪费。粮库管理中最重要的问题是监测粮堆中的温度变化。粮库一般由几十个甚至上百个由水泥或钢板构成的圆型仓组成，仓高为3-4m。现在，我国在粮仓建设上己实现规范化，但是监测手段一直未能实现同步现代化。我国许多储备粮库每年都因测控设备的不完善而导致部分粮食霉变，许多大型储备粮库的测控设备仍需高价进口，因此国家准备在未来的几年内对全国所有的粮库进行翻新和改造工作，要求规范粮库管理，实现粮库管理现代化。

粮食储藏是国家为防备战争，灾荒或其它突发性事变而采取的有效措施，因此粮食的储藏有重要意义。影响粮食安全储存的主要参数是粮食的温度和湿度。这两者之间又是相互关联的。粮食在正常储藏过程中，含水量一般在12%以下是安全的，不会发生温度突变，一旦粮库进水，结露是粮食的含水量达到20%以上时，由于粮粒受潮胚芽萌发，新陈代谢加快而产生呼吸热是局部粮食温度突然升

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第一章 绪论

高，必然引起粮食霉变，可能造成无法挽回的损失因此设计出一种经济适用的粮仓温湿度智能检测系统是非常有必要的。PLC和组态自诞生以来给全世界人类的生活和工作起到了剧烈的作用，利用PLC和组态进行温湿度检测、处理和显示具有实时性好、成本低、稳定性高等优点。通过该系统的设计，这样他们的就业

面会更加宽广，也可以满足当今社会对PLC和组态开发人才的大量需求.。

1.3 可编程逻辑控制器的介绍

可编程控制器(Programmable Controller)简称PLC，是一种工业自动控制通用装置，核心是微处理器。它的作用是以软件来代替硬件设备实现逻辑控制。随着这种技术的不断发展，在通用性、可靠性等方面都有了很大的提高，如今，可编程控制器在自动化领域应用十分广泛。

可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计的，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计的。

可编程控制器具有以下特点： ①可靠性高，抗干扰能力强；

传统的继电器控制系统中大量应用的时间继电器、中间继电器，存在触点接触不良隐患，故障频出。可编程控制器用软件代替这部分中间继电器和时间继电器，剩下的只有与输入和输出相关的少量硬件，不仅接线数只有继电器控制系统的1/10~1/100，而且因触点接触不良造成的故障大大减少了。

高可靠性是评价电气控制设备性能的重要指标。PLC采用的是大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路经过先进抗干扰技术处理，可靠性很高。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC内有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

②硬件配套齐全，功能完善，适用性强；

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今天的PLC，已经标准化、系列化、模块化，具有大、中、小各种规模的系列化产品，并且配备有各种硬件装置为用户提供更多选择，使在用户进行系统配置时更加的灵活方便，组成功能各异、规模不同的系统。PLC的安装、接线也很方便，输入端和输出端明显区分。具有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，在工业控制生产中被广泛应用。现代PLC不仅有逻辑处理功能，大多还具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC在位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中都有所应用。人机界面技术的发展与PLC通信能力的结合，使用PLC在组成各种控制系统时变得非常容易。

③易学易用，深受工程技术人员欢迎；

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

④系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造；

PLC的梯形图程序编程方法很有规律，很容易掌握，一般是采用顺序控制设计法。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间要比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC采用的是存储逻辑，相比接线逻辑，控制设备外部的接线数量大大减少了，控制系统设计及建造的周期也大为缩短，同时维护也更加容易。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这一特点适合多品种、小批量的生产场合。

⑤体积小，重量轻，能耗低；

新近出产的超小型PLC底部尺寸小于100mm，大小仅相当于几个继电器，它的推广使开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。重量小于150g，同时功耗仅数瓦。

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第二章 系统总体设计方案

第二章 系统总体设计方案

2.1 工作任务分析

本设计系统的主要任务是以三菱FX-2N系列PLC作为系统的处理核心，在加以运用行程开关、传感器等元器件将生产过程中所产生的信号处理后在送给PLC处理器，在此基础上由PLC处理器对数据进行运算，然后输出驱动信号来实现饮粮食存储过程中的作业。

该系统的总体设计思路：该粮食存储温度控制系统采用全自动控制，当系统上电时，系统对温度实现自动控制；通过启动、停止按钮来控制驱动电动机的启动和停止，然后对粮仓的温度进行控制，运用PLC内部自带的计数器对温度进行计数显示。

2.2 系统硬件方案设计

中央粮食储备库监控与电气系统，主要由监控系统和电气系统组成，监控系统包括仓容管理。粮库把收购的粮食经过烘干以后即进入粮仓，在一定的温度下进行保存，温度超过标准时需要进行冷却粮仓的温度，通过温度控制系统才可把粮食安全的存储在粮仓中。因此，在粮仓中进行温度的控制有着非常重要的作用。

粮仓内的温度是通过可编程控制器进行控制的，同时也可以现场人工手动控制。在触摸屏上可以通过选择项进行功能选择，进入后，可编程控制器根据工艺要求自动进行控制。电器系统由低压控制柜、现场按钮箱等组成。现场按钮箱可进行现场手动操作，低压控制柜给主电路供电，手动或自动的控制，通过主电路来实现现场控制站可用三菱PLC控制现场控制温度器、加热器、谷物冷却机的启动运行，以及报警等功能的反馈信号，实现自动化控制。

2.3 系统软件方案设计

PLC梯形图程序一般主要运用经验设计法编写，是根据系统所实现的功能，画出相应的流程图，根据流程图进行系统编程。往往这种方法具有很大的不确定性，结果一般都不唯一。一般来说，经验设计法是其他设计方法的基础，同时也是最广泛、最有效的一种设计方法，主要用于PLC梯形图的设计。以下是经验设计法的四个基本步骤：

（1）控制模块划分。在了解了控制要求后，可以划分控制要求是由几

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个模块组成，以及各个模块要实现的功能。

（2）功能及端口定义。确定PLC的输入输出端口号，并且根据端口号画出PLC的外部接线图。

（3）功能模块梯形图程序设计。根据系统实现的功能运用三菱PLC软件得出梯形图。

（4）程序综合，最终画出梯形图。

2.4 系统需求分析及设计思路 2.4.1 系统需求分析

粮温的高低，直接影响到贮粮的安全。在一定的温度范围内，粮食的呼吸强度随着温度的上升而增加，粮食的劣变速度也随着温度的上升而加快。实验表明，常温下贮藏的小麦经过一段时间都会导致品质下降，在化学成分上一般是干物质的分解，而在低温下（指5-18℃以下）贮藏的粮食，其劣变速度明显减缓。另外，在低温下贮藏粮食，可以保持其新鲜程度，改进粮食的工艺、食用和烘焙品质。低温还能抑制虫、霉的生长，对安全贮粮十分有利。因此，在生产实践中常常使用低温贮粮技术解决面粉、大米等成品粮度夏难的问题。

粮食入库后，正常的粮温主要随大气温度的变化而变化，即气温影响仓温，仓温影响粮温。但由于仓库具有一定的密闭、隔热性能，粮堆又是热的不良导体，粮温、仓温的升降速度及升降幅度均滞后于气温。粮温受气温影响的大小，还与粮堆的孔隙度和仓库的隔热和密闭性能、堆装方式以及入库的时间等多种因素有关。因此，在分析粮温变化时，必须综合多方面的情况加以考虑，才能准确地判断粮温是否正常，以便及早发现问题，做好预防工作。

2.4.2 系统设计思路

被控对象为粮仓内温度，温度传感器检测粮仓内的温度，经温度变送器将温度值转换成4-20mA 的电流压信号送入PLC模块。PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现粮仓温的控制。系统硬件框图结构如图2-1所示:

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第二章 系统总体设计方案

给定温度 CPU运算处理 加热器 粮仓温度 温度变送器 温度传感器

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图2-1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fr92.html