李宏希+基于PLC和组态粮仓温度控制系统

基于PLC和组态粮仓温度控制系统

院 － 系：        工学院自动化系                        

专    业：        电气工程及其自动化         

年    级：                        

学生姓名：                       

学    号：                 

导师及职称：             

 2014年4月

2014Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate 

PLC and configuration of granary temperature control system based on

Department: College of Life Science and Technology

Major: Electrical engineering and automation

Grade: 2010

Student’s Name: Li Hongxi

Student No.: 201003050611

Tutor: The lecturer Luo Rui

April, 2014

毕业论文（设计）原创性声明

本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。  

作者签名：               日期：          

毕业论文（设计）授权使用说明

本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 

作者签名：                     指导教师签名：

日期：                         日期：             

       毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单

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

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 

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；

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。

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

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:

图2-1

第三章 系统硬件设计 

3.1  PLC的选型

根据粮仓温度控制系统示意图，可以确定出输入/输出接口（I/O)数量。PLC控制系统的输入信号有9个，控制系统的输出信号有10个。在设计中输入、输出点数量总计19个，在PLC型号中，FX2N-32M有32个输入输出点。选择FX2N-32M型号的PLC即可以满足要求，也便于扩展，故在此选择型号为FX2N-32M，再依据系统所要实现的性能和要求，可以确定PLC输入/输出端口的地址分配如表3-1所示。

表 3-1 PLC I/O端地址分配表

目前在市场上谷物冷却机分为移动式冷却机和固定式冷却机两种，按照系统的控制要求和工作环境，并考虑到实用性和经济行等特点，在此次设计中我选择固定式冷却机。

3.2.1 谷物冷却机的结构及工作原理

谷物冷却机的散热结构，包括有一机体，该机体的上部的中空腔体内排列有冷凝器和压缩机，该机体的上顶至少设有一个排风口，该排风口的开口向上。排风口内可设有强制排风扇。由于本实用新型将强制散热排风口设置于冷凝器的上方，并藉由风扇将冷凝器热量强制从上方排出。利用热气上升的自然规律，加快气体循环，将冷凝器的热量顺利畅快排出，而且不再会集于冷却机的周围形成不利于散热的区域性高温环境，有利于冷凝器的热交换。

 在冷却机的结构设计中充分考虑到我国的气候条件和用户的使用要求，使产品不论在夏季高温、高湿条件下，还是在较低温、湿度条件下，都能安全可靠地运行，而且能保持较高的运行效率。对各零部件进行了以下独特设计：

1.风冷冷凝器：当南方夏季甚至在夏秋之交气温较高时，该风冷冷凝器可保持相对较低的冷凝压力；在春秋气温较低时，冷凝器负荷大幅减少，冷凝器若不进行有效调节，冷凝压力大幅度下降，甚至还会影响膨胀阀正常工作，造成压缩机回液、蒸发器结霜的恶劣后果。该风冷冷凝器采用多台轴流风机，可根据环境温度自动调节开启台数，既节能，又能保持合适的冷凝压力。为提高制冷效果，还专门设计了过冷装置。   　　

2.蒸发器：除湿量大，换热效果好，可满足各种工况的需要。防结霜装置的设置可有效地防止蒸发器结霜，大大提高了谷物冷却机运行的可靠性。为保证被处理的空气尽可能接近露点，在蒸发器的选材和结构上做了特殊处理，全封闭结构设计，大量的凝结水通过带有水封的管子直接排至机外，可全天候工作。 　　

3.压缩机：选用BRISTOL全封闭式制冷压缩机，体积小，噪声低，运行可靠。为了防止压缩机空气回流，造成压缩机损坏，确保压缩机的安全运转，在吸入口加装了回气罐。为实现无级能量调节，回路设有热气旁通装置。 　　

4.离心风机：其压头大，供风量范围宽，可适合不同仓型的需要。风机配有风量调节装置，可根据冷却空气温度的变化，自动调节风量。 　　

5.过滤器：采用可拆换式过滤器，安装在机组的进风口处，可有效地除去空气中的大部分灰尘。 

采用谷物冷却机冷却储粮与低温仓储粮(机械制冷或自然冷冻)有共同的作用，但不需要专门建造低温仓；无结露现象，有降水作用，保持低温时间较长，有利于防止筒仓结露，是处理高水份粮的应急措施；且耗电量低；因此，具有广泛的应用前景。我们相信这一国产化储粮新技术一定会在我国的粮食储备方面发挥其重要的作用。

3.3 传感器的选择　

工业控制系统的快速发展与传感器的发展是分不开的。伴随着这些系统能力的增强，传感器的作用变的越来越重要，传感器几经成为自动化系统和机器人技术中的关键部件。

传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术。计算机和通信技术发展极快，相当成熟，而传感器应用技术因为需要使用模拟技术，而模拟技术还有很多问题难以解决，因此传感器应用技术也有待进一步发展。为了适应现代科学技术的发展，世界众多国家都把传感器技术列为现代的关键技术之一。通常将能把非电量转换为电量的器件称为传感器，其实质上是一种功能块，作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。它是实现测试与自动控制系统的首要环节。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量，那么无论是信号转换或信息处理，或者最佳数据的显示和控制都将无法实现。 

温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化、智能化及网络化的方向发展。温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器两大类，其中，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这个示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。传感器是一种把物理量转变为一种便于利用的电信号器件，它获得的信息正确与否关系到系统的精度。传感器的组成如图3-1所示。

非物理    电信号

         图3-1传感器组成示意图

3.4系统硬件设计电路与实现

3.4.1 系统硬件结构图

系统的硬件部分可由主电路、控制电路、辅助电路三大部分组成。其控制电路用于控制主电路，辅助电路起辅助信号显示的作用，它们之间的关系如图3-2所示：

 图3-2系统硬件关系结构图          

    控制电路主要是在梯形图中，将Y0和Y1常闭触点分别与对方的线圈串联，以保证它们不会同时打开或关闭，保证了粮仓内的温度在高温的时候，谷物冷却机开始工作，而在低温的时候，加热器开始工作。从而使用控制电路更进一步保证了粮仓内的温度控制在所需温度的范围。而主电路主要是通过改变显示温度的高低从而达到控制加热器和谷物冷却机的目的。辅助电路则帮助了主电路和控制电路的正常运行。即控制电路、主电路和辅助电路在粮仓温度控制中起到了非常重要的作用。

3.4.2 LC外部接线图

根据系统的控制功能，可知PLC控制系统的输入信号总计9个,且均为开关量，输出信号总计10个。其中输入信号中有两个是用于系统启动和停止，依次为启动按钮SB0、停止按钮SB1；有五个是用于开关按钮，依次为温度传感器按钮SB3、给定温度1按钮SB4、给定温度2按钮SB5、谷物冷却机按钮SB6和炉温加热器按钮SB7；一个手动复位开关按钮SB10；行程开关ST0。输出信号中包含控制冷却机运行的继电器线圈KM1，用于冷却机电磁阀YV1，8个指示灯用系统状态显示。如图3-3三菱PLC外部接线图所示。

图3-3三菱PLC外部接线图

第四章  系统程序设计 

4.1 控制系统的基本原则与步骤 

    在掌握了PLC的硬件构成、工作原理、指令系统以及编程环境后，就可以PLC作为主要控制器来构造PLC控制系统。本章主要从系统设计结构和硬件设计角度，介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整定。 

弄懂PLC的基本工作原理和指令系统后,就可以把PLC应用到实际的工程项目中。无论是用PLC组成集散控制系统，还是控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图4-1所示的步骤。

 4.1.1   PLC控制系统设计的基本原则 

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点。 

1. 设计原则 

    (1)完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。     (2)可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。     (3)经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。   (4)发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。     

2. 评估控制任务 

 根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。     

(1) 控制规模 

 一个控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。当控制规模较大时,特别是开关量控制的I/O设备较多时，最适合采用PLC控制。    

 (2) 工艺复杂程度 

 当工艺要求较复杂时,采用PLC控制具有更大的优越性。

(3) 可靠性要求 

目前,当I/O点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。     

(4) 数据处理速度 

若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜。

                           图4-1  PLC控制系统设计步骤

4.2 梯形图设计

4.2.1  初始化程序

初始化过程启动时，按下启动按钮计数器开始计数，按下复位按钮可以把程序中所用到的计数器设置为零。

其中RST代表复位指令助记符。按下X000，系统上电启动，计数器开始计数；按下X010可以实现手动复位，计数器清零。

4.2.2  启动温度控制程序

当开始启动程序时，即可对粮仓里的给定高温、低温情况显示：输入端子号X4 X5 X6 X7分别所对应给定温度1按钮SB4、给定温度2按钮SB5、谷物冷却机按钮SB6、炉温加热器按钮SB7。

其中M代表位原件辅助继电器。按下X000开始启动，Y010通，系统上电显示；按下X001,系统Y010上电显示断开，系统停止。按下X004，M10通，Y004通，温度计1是否高温显示；按下X005，M11通，Y005通，M11通的同时Y004、Y006和Y007都处于断开状态，进行检测温度计2是否高温显示；如果高温，按下X006，M12通，Y006通，M12通的同时Y004、Y005和Y007都处于断开状态，此时，开始启动谷物冷却机；如果温度低于给定温度，按下X007，M13通，Y007通，M13通的同时Y004、Y005和Y006都处于断开状态，进行粮仓温度加热。

4.2.3  粮仓温度控制主程序

粮仓温度的自动控制系统：系统采取一种先进的自动控制操作模式，按下启动按钮，系统开始启动，驱动电动机启动带动传送粮仓内的温度情况并一直保持到按下停止按钮或则粮仓内的温度传感器设备检测到高于或低于给定温度并发出报警时才停止。当粮仓内控制温度程序启动时，停顿3S准备开始启动。对于高温显示1过程需要5H，对于高温显示2则需要3H，当温度高于给定温度时，就进行启动通风机持续持续把温度降到所给温度范围为止。当系统正在进行高温检测时，按下停止按钮，系统并不会停止运行；等到高温检测结束时，按下停止按钮，系统停止运动。

当过高时，按下X000，M1通，Y000通，电机线圈启动，驱动电动机开始运转带动谷物冷却机运行。按下行程开关取上升沿指令X002 ,M2通，T0开始计时，温度达到给定温度范围即（5~18℃）时，停顿1H。停顿1H之后开始检测，运用温度传感器进行检测温度的高低，如果检测出是低于给定温度，开始启动炉温加热器进行加热，则M3通，M3通之后Y001通，冷却机电磁阀关闭，T1开始计时，直到温度回升到给定温度范围（时间1H）；T1通之后，M5通，T2通，Y002通,管理员低温的检测过程持续1H。运用传感器检测温度的高低，如果是高温，T0通之后，M4通，T2通，冷却机电磁阀Y001通，冷却机电磁阀打开开始降温，降温过程持续到给定温度范围（时间1H）；降温1H之后，M6通,Y003通，粮仓管理员进行检测给定温度过程持续1H。

4.2.4 闪烁报警程序

粮仓内高低温度过程中闪烁报警

        系统在温度检测过程中伴随着高、低温闪烁报警显示，当温度显示器显示高温到显示低温过程中，指示灯闪烁来显示系统正处于给定温度过程。当按下X000时，M0通，T6开始计时，计时时间为1H；T6到达整定时限，T5开始计时，计时时间也为1H。当通风机M3、高温1显示M4、低温1显示M5、低温2检测M6中通的时候，Y011通，正常温度范围闪烁指示灯HL11闪烁。

    4.2.5   计数显示程序

        把粮仓内温度控制在5～18℃之间。并且对粮仓内所给定温度范围进行计数显示。

当M3通，温度计1显示低温，记录温度计1一天内所有的低温显示为C8。当按下给定温度按钮SB4及X4通，之后M10通，记录温度计2一天内所有的高温显示为C10；按下给定温度2按钮SB5及X5通，之后M11通，记录温度计2一天内所有的低温显示为C11；按下给定温度2按钮SB6及X6通，之后M12通，记录温度计1一天内所有的高温显示C12；按下SB7及X7通，之后M13通，进行记录启动谷物冷却机次数为C6。

当M4通，进行温度计1记录一天内所计的高温次数为C9。当按下给定温度1按钮SB4及X4通，之后M10通，记录温度计1一天内所计的低温次数为C13；按下给定温度2按钮SB5及X5通，之后M11通，记录温度计2记录一天内所计的高温次数为C14；按下谷物冷却机按钮SB6及X6通，之后M12通，记录一天内冷却机的启动次数为C15；按下SB7及X7通，之后M13通，记录加热器的启动次数为C7。

4.2.6 数据传送控制

设定二十四小时传输一次数据，将各记数器中所记数据存储到指定的存储器中。        

第五章  基于组态王的粮仓温度控制系统监控程序设计 

5.1 组态软件介绍

5.1.1  概述

组态软件是完成数据采集与过程控制的专用软件，它以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台。

组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择的余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、监视控制和数据采集软件、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。

组态软件是基于PC包括HMI软件及相关的控制软件、流程监控软件、softLojic的统称，组态软件与通用办公自动化软件相比而言还包括相应的服务费用。

5.1.2   组态软件的功能及特点

组态软件具备如下功能及特征：①工业过程动态可视化；②数据采集和管理；③过程监控报警；④报表功能；⑤为其他企业级程序提供数据；⑥简单的回路调节；⑦批次处理；⑧SPC过程质量控制。

随着全球自动化需求的增长、IT技术及互联网的发展，基于PC的控制技术得到迅猛的普及、发展，成为继PLC、DCS等控制系统之后的又一新型控制系统。因此，组态软件件的发展有了更广阔的空间。

5.2 主控界面的程序设计

组态王工程管理器是用来建立新工程，对添加到工程管理器的工程做统一的管理。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索组态王工程，修改工程属性，工程备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。可以通过以下方式启动工程管理器：点击“开始”---〉“程序”---〉“组态王6.53”---〉“组态王6.53”（或直接双击桌面上组态王的快捷方式） 

新建：单击此快捷键，弹出新建工程对话框建立组态王工程。点击工程管理器上的“新建”，弹出“新建工程向导之一”。 点击“下一步”，进入“新建工程向导之二”，选择新建工程所要存放的路径。点击“下一步”进入“新建工程向导之三”在“工程名称”处写上要给工程起的名字。 

“工程描述”是对工程进详细说明（注释作用），我们的工程名称是“PLC1”，工程描述是“粮食控制”。点击“完成”会出现“是否将新建的工程设为组态王当前工程”的提示，选择“是”，组态王的当前工程的意义是指直接进开发或运行所指定的工程。 

1.建立新工程 

在工程浏览器左侧的“工程目录显示区”中选择“画面”选项，在右侧视图中双击“新建”图标，弹出新建画面对话框，如图5-1 所示：

 图5-1

2.为建立一个新的画面请执行以下操作： 

（1）在工程浏览器左侧的“工程目录显示区”中选择“画面”选项，如图所示：在右侧视图中双击“新建”图标，弹出新建画面对话框，如图5-2所示，输入画面名称、宽度、高度等数据

图5-2

在工程列表中选择以粮仓温度控制系统毕业设计命名的工程双击后或者点击工程管理器上的“开发”此快捷键后，进入了工程的开发环境，如图5-3所示。

图5-3

5.3 监控主界面

打开开发系统页面后，点击“图库”，打开图库管理器，把开关、温度仪表、 闹钟直接拖进开发页面，再利用工具箱做好“启动”和“停止”按钮以及温度显示、设定画面、报警窗口等按钮。完整的主界面如图5-4所示。运行组态王后，点击“开始”按钮，开关变绿色，系统开始运行，目前温度值下面的方框和仪表上都显示当前温度值，闹钟上显示当前日期。点击“设定画面”会进入参数设定画面，点击“报警窗口”会进入报警画面，实时趋势曲线和历史趋势曲线也是一样。点击“停止”按钮，系统运行结束，同时开关变红色。

                       图5-4      主界面

5.4  实时趋势曲线 

打开开发系统页面后，点击工具箱中的“实时趋势曲线”把实时趋势曲线放进开发页面，然后双击曲线画面，对曲线进行设置，如X轴和Y轴的设置及标示定义等，最后利用工具箱做好“返回主界面”按钮，即可形成如图5-5所示的实时趋势曲线画面。系统运行时，实时趋势曲线会显示当前温度值的变化趋势和设定温度值。点击“返回主界面”按钮，就会回到主界面。

 图5-5  实时趋势曲线

5.5  历史趋势曲线 

打开开发系统页面后，点击“图库”，打开图库管理器，双击“历史曲线”把它放进开发页面，再双击历史趋势曲线画面，对曲线进行设置，包括曲线定义，坐标系，操作面板和安全属性等设置，最后利用工具箱做好“返回主界面”按钮，即可形成如图5-6所示的历史趋势曲线画面。系统运行时，画面上会记录某段时间内设定温度值和当前温度值的变化曲线。点击“返回主界面”按钮，就会回到主界面。

                       图5-6  历史趋势曲线

5.6   报警窗口 

打开开发系统页面后，点击工具箱中的“报警窗口”把报警窗口放进开发页面，然后双击画面，对报警窗口进行设置，包括通用属性、列属性、操作属性、条件属性、颜色和字体属性的设置。最后利用工具箱做好“返回主界面”按钮，即可形成如图5-7所示的报警窗口画面。系统运行时，报警窗口会根据当前温度值做出适当的报警。此项目中我们设置当前温度低于5度时，“报警类型”栏显示当前温度偏低。当前温度超过18度时，“报警类型”栏显示当前温度偏高。

                            图5-7   报警窗口

5.7  主页画面的制作

创建一个新画面，将新画面的名字定义为主页。并写清自己的姓名、学号、专业等相关信息，如图5-8主页所示。

图5-8主页

第六章  总结

经过一段时间的学习和工作，我终于完成了《基于PLC和组态粮仓温度控制系统 》的论文。本文主要介绍了基于三菱FX2N PLC的粮仓温度控制系统的设计。本系统的设计主要包括硬件设计和软件设计。硬件设计方面，根据系统的控制要求对各硬件设备进行了选型并对三菱FX2N PLC外部电路接线进行了设计；软件设计方面对软件设计的方法进行了概述，根据要求设计出梯形图并运用组态工程软件进行部分功能模拟。该控制系统基本上实现以下控制：

 可以实现对粮仓温度的控制，可以根据粮仓中温度的升高、降低进行对飞机和加热器的控制。 

 能够对粮仓温度进行控制及计数，计数值包括高温计数和低温计数。根据温度的高低来设定通风机和加热器。

 能够实现手动复位。

利用PLC具有优越的控制性能的特点，基于小型的粮仓而言，该控制系统基本上实现了粮仓温度控制系统的自动控制。但是面对大型的粮仓，该系统存在一定的缺点，无法满足精确、复杂、智能的控制要求。此控制系统需要在温度控制器安装、加热器功率、通风机功率等方面做出一定的改进。与国外相比我国的粮仓温度控制技术总体水平还有待提高，我国对于粮仓温度控制系统设计的研究还有一段路要走。

参考文献

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[2] 刘继修、PLC应用系统设计福建科技出版社，2007

[3] 徐绍坤、刘玉，工厂电气控制技术[M]，中国电力出版社2011.1.

[4] 初航，零基础学三菱FX系列PLC[M]，机械工业出版社2010.8.

[5] 袁任光，可编程控制器选用与系统设计实例[M]，机械工业出版社，2010.1．

[6] 徐科军，传感器与检测技术[M]，电子工业出版社（第二版），2008.2.

[7] 唐介，电机与拖动[M]，高等教育出版社，2007.12.

[9] 胡海清、刘雪雪，PLC自动生产线技术[M]，北京理工大学出版社2010.7.

[10] 初航．三菱FX系列PLC编程及应用[M]，电子工业出版社，2010.8．

[11] 李全利，PLC运动控制技术应用设计与实践（西门子）[M]，机械工业出版社，2009.8.

[12] 熊伟，工业组态软件及应用[M]，中国电力出版社2012.2.

[13] 王鸿均．工程制图与Auto CAD绘图基础[M]，中国水利水电出版社，2008.8．

[14] 李方园 人机界面设计及应用化学工业出版社，2008

附录   PLC指令表

0   LD   X000           45   0R   M10         74  ANI   X001

1   OR   X010           46   ANI  M11         75  OUT  M12

2   OR   C20            47   ANI  M12         76  OUT  Y006

3   RST  C0             48   ANI  M13         77  LD   X007

5   RST  C1             49   ANI  X005        78  OR   M13

7   RST  C2             50   ANI  X006        79  ANI  M11

9   RST  C3             51   ANI  X007        80  ANI  M12

11  RST  C4             52   ANI  X001        81  ANI  M10

13  RST  C5             53   OUT  M10        82  ANI  X005

15  RST  C6             54   OUT  Y004        83  ANI  X006     

17  RST  C7             55   LD   X005        84  ANI  X004

19  RST  C8             56   OR   M11         85  ANI  X001

21  RST  C9             57   ANI  M10         86  OUT  M13

23  RST  C10            58   ANI  M12         87  OUT  Y007

25  RST  C11            59   ANI  M13         88  LD  M5

27  RST  C12            60   ANI  X004          AND  T3

29  RST  C13            61   ANI  X006        90  LD  M6

31  RST  C14            62   ANI  X007        91  AND T4

33  RST  C15            63   ANI  X001        92  ORB

35  LD   X000              OUT  M11        93  OR  M1

36  OR   M0            65  OUT  Y005         94  AND M7

37  ANI  X001           66   LD   X006        95  OR  M8002

38  OUT  M0            67   OR   M12         96  OR  M8

39  OUT  Y010           68   ANI  M11         97  ANI  M1

40  LD   X001           69   ANI  M10         98   OUT M8

41  0R   M7             70   ANI  M13         99   LD  X000

42  ANI  X000           71   ANI  X005        100  AND  M8

43  OUT  M7            72   ANI  X004        101  LD  M5

44  LD   X004           73   ANI  X007        102  AND  T3

103   ORB              137  OUT  M5           176   OR  M6

104   LD  M6           138  OUT  T3   K10     177   AND  T6                

105   AND  T4          141  OUT  Y002         178  OUT  Y010

106   ORB              142   LD  M2           179  LD  M3

107   OR M1            143   AND  T0          180  AND  M10

108   ANI  M2          144   AND  T3          181 OUT  C10  K24

109   ANI  M7          145   OR  M4           184  LD  C10

110   OUT  M1          146   ANI  M6          185 OUT  C0  K1000

111   OUT  Y000         147   OUT  M4         188  RST  C10

112   LDP  X002         148   OUT  T2  K100   190  LD  M3

114   ANI   M7          151   LD  M3          191  AND  M11

115   AND  M1          152   OR  M4          192  OUT C11 K12

116   OR   M2          153   OUT  Y001        195  LD  C11

117   ANI  M3          154   LD  M4            196  OUT  C1 K100

118   ANI  M4          155   AND  T2           199  RST  C11

119   OUT  M2          156   OR  M6           201  LD  M3

120   OUT  T0          157   ANI  M1           202  AND  M12

123   LD  M2           158   ANI  M8           203  OUT  C12  K6

124   AND  T0          159   OUT  M6          206  LD  C12

125   ANI  X003         160   OUT   T4   K10   207 OUT  C2  K1000

126   OR   M3          163   OUT  Y003         210  RST  C12

127   ANI  M5          1    LDI  T5           212  LD  M4

128   OUT  M3          165   AND  M0          213  AND  M10

129   OUT  T1          166   OUT  T6  K5       214   OUT C13 K24

132   LD   M3          169   LD  T6             217   LD  C13

133   AND  T1          170   OUT  T5   K5      218 OUT C3 K1000

134   OR   M5          173   LD  M3            221  RST C13 

135   ANI   M1         174  OR  M4             223  LD  M4

136   ANI   M8         175  OR  M5             224  AND  M11

225  OUT  C14  K12       297  MOVP  C5   D5 

228  LD   C14             302  MOVP  C6   D6 

229  OUT  C4  K1000      307  MOVP  C7   D7 

232  RST  C14             312  MOVP  C8   D8 

234  LD  M4               317  MOVP  C9   D9

235  AND  M12            322  END

236  OUT  C15  K6

239   LD  C15

240   OUT  C5  K1000

243  RST  C15 

245  LD  M3

246  AND  M13

247  OUT  C6  K1000

250  LD  M4

251  AND   M13

252  OUT  C7  K1000

255  LD  M3

256  OUT  C8  K1000

259  LD  M4

260  OUT  C9  K1000

263  LD  M0

2  OUT  T10  K1800

267  LD  T10

268  OUT  C20  K16

271  LD  C20  

272  MOVP  C0   DO 

277  MOVP  C1   D1 

282  MOVP  C2   D2 

287  MOVP  C3   D3

292  MOVP  C4   D4

致 谢

经过几个月的忙碌和学习，我的毕业论文《《基于PLC和组态粮仓温度控制系统毕业设计》》已接近尾声，这也意味着美好的大学生活即将结束。在红河学院的四年时间里，我受益匪浅，我在学好文化知识的同时更加学会了为人处事的方法，这除了自身的努力外，与老师们、同学们、朋友们的帮助关心和鼓励是密切相关的。

从上学期的开题报告到现在的毕业设计完成，在这里我要首先感谢罗老师的督促和指导，想要完成这个设计是难以想象的。罗老师平日里工作很繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，论文的最后修改和论文的格式等各个环节中都作出了细心的指导。最后我还要感谢在我这次毕业设计过程中给我极大关怀和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

 再次，感谢我的父母、亲人，是你们的支持，我才会有机会读完大学，你们辛苦劳累为了我，而放弃了很多东西，我由衷的表示感谢。感谢大学中所有指导过我的老师，您们辛苦了。感谢我在大学里的室友、朋友，因为你们我的大学生活丰富而多彩。

最后，向在百忙中抽出宝贵时间的评委表示最崇高的谢意！