挂面生产线温湿度控制

作者姓名王振兴袁澜讲师王振兴袁澜讲师目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1\o"CurrentDocument"第一章绪论 3\o"CurrentDocument"1.1课题背景及研究目的和意义 3\o"CurrentDocument"1.2国内外研究现状 3\o"CurrentDocument"第二章系统概述 5\o"CurrentDocument"2.1系统设计任务 52.2系统总体设计 52.3系统工作原理 错误!未定义书签。\o"CurrentDocument"第三章控制系统的硬件设计 9PLC 9\o"CurrentDocument"FX2N-4AD 9温湿度传感器 9系统的主电路 10系统的控制电路 11第四章控制系统的软件设计 16\o"CurrentDocument"FX2N-4AD的编程 16\o"CurrentDocument"系统流程图 17梯形图 17第五章组态画面的设计 295.1组态变量的建立及设备连接 295.1.1新建项目 295.2创建组态画面 335.2.1新建主画面 335.2.2新建数据报表 345.2.3新建实时曲线 355.2.4建历史曲线 355.2.5新建报警窗口 36第六章系统测试 376.1启动组态王 376.2实时曲线观察 386.3分析历史趋势曲线 386.4查看数据报表 406.5系统稳定性测试 42结束语 43参考文献 44致谢 45摘要从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。本文介绍了以顶部吊扇和排湿风扇为被控对象，以烘干室各区不同位置温湿度为主被控参数，通过控制电风扇的启停来控制烘干室的温湿度，以PLC为控制器，构成闭环控制系统；运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现烘干室温湿度的自动控制。同时利用组态软件，将生产过程中的状态以图像、文字、曲线或报警形式清楚地表达出来，并实现远程监控。关键词：温湿度控制PLC组态第一章绪论课题背景及研究目的和意义挂面烘干一般都采用对流热力烘干法，即利用热源，加热烘干室的空气，借助风力使热空气对流，用以加热湿面条，同时带走湿面条中的水分，热空气就成为干燥介质，既是载热体也是载湿体，也就是说，挂面烘干需要热量，靠热量进行湿热交换，湿面条只有在吸收热量之后，才能使自身水分汽化并排放出去，达到干燥的目的。因此烘房温湿度控制是挂面生产工艺最关键性的一环。烘房温湿度控制不当，将会导致成品挂面条型不直，水份不均，酥条，不整齐度增加，弯曲断条率增多等质量问题，因而研究和探讨挂面烘房温湿度控制十分必要。国内外研究现状目前挂面生产主要用到三种烘干方法：高温快速烘干法，低温慢速烘干法和中温中速烘干法。挂面干燥过程中，温湿度是最主要的影响因素，因此三种烘干方法都对温湿度有严格的要求。在早期挂面生产中，用继电器控制系统控制温湿度。首先由温湿度传感器测得烘干室温湿度，转化为电压信号，与给定电压相比较得到偏差信号。偏差信号经过放大后控制电风扇运转速度，从而保证烘干室温湿度的稳定。但是由于器件长时间处于工作状态，容易老化损坏，难以保障烘干室温湿度的精确控制，从而大大影响挂面的质量。随着电子技术的高速发展，用可编程控制器控制系统代替模拟式控制系统成为挂面温湿度控制的发展方向。因为其功能由软件完成，精度由位数决定，不受元件影响，所以可以精确的控制烘干室的温湿度，提高挂面质量。可编程控制器控制系统的工作流程为：首先通过键盘预先设置烘干室温湿度期望值，烘干室实际温湿度由传感器检测，并转换成电压信号，经放大、滤波后，由A/D变换器将模拟量变换成数字量送入可编程控制器，在控制器中与期望值相比较产生偏差信号。可编程控制器通过预定的控制算法计算出控制量，然后控制电风扇来调节烘干室温湿度。这种控制系统与传统的用继电器的控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有巨大的优势。第二章系统概述2.1系统设计任务在挂面生产过程中，温度和湿度控制是十分重要的。它们决定着挂面质量和干燥效果。温度是挂面水分得以蒸发的动力，特别是能使挂面提高自身热量、促进内部水分向表面转移。相对湿度是直接衡量空气的吸水能力，湿度的高低，决定着挂面表面水分蒸发的快慢，而空气流通速度则支配着烘干室温湿度的均匀性和分布。三者的关系相铺相成，组成了烘干室的“小气候”，是挂面烘干的基本条件。本次设计便是设计一个控制系统，能有效的控制挂面烘干室的温湿度，从而提高挂面的质量，提高挂面生产的自动化水平。2.2系统总体设计1-循环的热水；2-挂面；3-风机；4吊扇；5-热水管道；6-热水锅炉热水管在烘房内布置在烘房顶部，由风扇向下压，使热空气与湿挂面进行热质交换。热水炉加热的热水用泵输送到挂面车间，热水通过管壁间接加热烘房中的空气从而对挂面进行加热。热量降低后的水经过滤后循环到热水炉。将热水作为载体进行加热，由于热水是循环的，所以和蒸汽加热相比节约能源，而且操作方便，一次性投资也较小。2.2.2排湿装置排湿部位一般布置在预备干燥阶段的前中区、保温出汗阶段与升

温降潮阶段的过渡区、升温降潮阶段的前中区等几个位置，且预备干燥阶段的前区排湿较高、升温降潮阶段的前区略高，其余较低。排湿口的布置高度有两种情况，一种是在烘房两壁的底部，另一种是布置在挂面中部高度对应的烘房两壁。排湿形式建议采用夹墙排湿，每个排湿口装小型排风扇作机械排湿，其效果较好。1-烘房2-内夹墙3-排湿孔牛排湿孔 5-外夹墙 6-烘道;7-隔热墙8-排潮扇2.2.3温湿度控制方法（1） 用RH温湿度智能传感器测量温湿度。将温湿度值转为电压或者电流信号。（2） 温度控制。每个烘干区都通有蒸汽管道，并装有8台1.1kW的顶部吊扇。将8台吊扇分为4组，放在不同的位置。每组吊扇都可以独立的受pic控制。温度设定值与从智能温湿度传感器得到的温度现场值相比较，根据所得的偏差，通过通过接触器控制相应位置吊扇的启停，实现对烘干区温度的调节。当温度低于设定值时，启动吊扇，吊扇直吹蒸汽管道，加快热量向下流动，从而使烘干区内的温度上升。反之，则停止吊扇。（3） 湿度控制。每个烘干区装有4台1.1kW的排潮风机，同样将排湿风机置于4个不同位置，同样都收到pic的控制。湿度设定值与从智能温湿度传感器得到的湿度现场值相比较，根据所得的偏差，接触器控制排潮风机启停。当湿度高于设定值时，启动排潮风机，加快水汽排出，从而使烘干区内的湿度下降。反之，则停止风机。（4） 传送链速度控制。传送链由5.5kW的三相异步电动机驱动。Pic通过

控制继电器的线圈来接通继电器，用以启动传送链电机。温湿度的检测与传送：增加A/D模块，与PLC相连。将温湿度传感器测定的温湿度模拟量值，转换成PLC可识别的数字量。通过PLC程序将温湿度的监测值与设定值比较，并通过相应程序获得控制信号。现场设备的参数可以在生产现场由键盘直接输入，同时也可以由控制室的监控计算机远程设定。挂面生产线温湿度控制系统组成框图如图2.1所示。排湿凤扇排湿凤扇2.3系统工作原理系统由温湿度传感器、PLC系统、顶部吊扇、排湿风扇和传送链几部分组成。整个系统的工作原理图如图2.2所示。该温湿度控制系统是利用PLC把传感器采集的有关参数（如温度、湿度）转换为数字信号，并把这些数据暂存起来，与给定值进行比较，经一定的控制算法后，给出相应的控制信号进行控制。系统还可以经过串行通信接口将数据送至上位机，从而完成数据管理、智能决策、历史资料统计分析等更为强大的功能，并可以对数据进行显示、编辑、存储及打印输出。温湿度控制系统的执行机构包括顶部吊扇、排湿风扇和传送链等设备。系统工作时，PLC通过温湿度传感器来测量温室内的温湿度并与设定值相比较，如果温室内的温度或湿度超出了设定范围的上下限值，PLC就输出指令，控制接通相应的设备;当温室的温度和湿度都在范围内时，PLC就输出指令，切断设备的电源。系统的工作流程见图2.3系统Jri动温度采样温度超标否占）关闭顶部E扇旧动顶部托扇 湿度采样湿度超标否*关闭卅湿风扇It7启动排湿风扇第三章控制系统的硬件设计3.1PLC早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制（Programmablelogiccontroller，略写PLC）随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmablecontroller，略写PC）。为区别于PersonalComputer（PC），故沿用PLC这个略写。

is输入单元微处理器存储器电源输出单元is输入单元微处理器存储器电源输出单元□-编程器或其他编程设备PLC的组成框图3.1.1PLC工作原理各种开甘•-继电器接頁|~~、行程开关卜一模拟量输入丄殳处理单一I各种开甘•-继电器接頁|~~、行程开关卜一模拟量输入丄殳处理单一I7CI丄—输入接IDI控制总线TH存储器数据存储器输出接匚地址总线控制总线f编程

单元数据总线电源PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发生关系。3.1.2PLC的功能1）采集由现场输入装置送来的状态或数据，通过输入接口存人输入映像寄存器或数据寄存器中，用扫描方式接收输入设备的状态信号，并存入相应的数据区（输入映像寄存器）。（2）按用户程序存储器中存放的先后次序逐条读取指令，完成各种数据的运算、传递和存储等功能，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。（3）把各种运算结果向外界输出。（4） 监测和诊断电源以及PLC内部电路工作状态和用户程序编程过程中出现的语法错误。（5） 根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出状态寄存器表的内容，响应各种外部设备（如编程器、打印机、上位计算机、图形监控系统、条码判读器等）的工作请求，以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。3.1.3plc的选择综合各方面考虑选择RX2N系列plc。FX2N系列是FX家族中最先进的系列，最大范围地包容了标准特点、执行速度更快、通讯功能更齐全，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX2N系列PLC吸取了整体式和模块式PLC的优点，各单元间采用叠装式连接。根据它们与基本单元的距离，对每个模块按0〜7的顺序编号，最多可连接8个特殊功能模块。3.1.4I/O点的分配输入/输出接口单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业过程控制现场之间的连接部件.I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/0以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术、运算数据处理和传送通讯联网以及各种应用指令。一区二区三区启动X0X1X2停止X3X4X5启动传送链X6停止传送链X7

位置1顶部吊扇Y0Y1Y2位置2顶部吊扇Y3Y4Y5位置3顶部吊扇Y6Y7Y10位置4顶部吊扇Y11Y12Y13位置1排湿风机Y20Y21Y22位置2排湿风机Y23Y24Y25位置3排湿风机Y26Y27Y30位置4排湿风机Y31Y32Y333.1.5PLC控制系统设计的注意事项I/O端口接有感性元件时：对直流电路，应在两端并联续流二极管，如图6-8(a)；通常续流二极管可选择1A的管子，额定电压应大于电源电压的3倍对交流电路，应并联阻容电路，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响，如图6-8(b)。电阻可取50〜120Q，电容取0.1〜0.47UF，电容的额定电压应大于电源峰值电压。PLCCOM输出端JMPLCCOM输出端JMce3.2FX2N-4AD3.2.1FX2N-4AD概述模拟量输入模块（A/D模块）是把现场连续变化的模拟信号转换成适合PLC内部处理的数字信号。输入的模拟信号经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电藕合器为PLC提供一定位数的数字信号。FX2n-4AD是FX2n系列PLC的模拟量输入模块，有CH1~CH4四个通道，每个通道都可进行AD转换，分辩率为12位，采集信号电压为-10V~+10V,分辩率5mV。电流输入时，为4~20mA或-20~20mA，分辩率20uA。FX2n-4AD内部有32个16位的缓冲寄存器（BMF），用于与主机交换数据。FX2n-4AD占用FX2n扩展总线的8个点，耗电为5V，30mA。3.2.2FX2n-4AD的电路接线FX2n-4AD通过扩展电缆与PLC主机相连，四个通道的外部连接则根据外部输入电压或电流量的不同而不同。应注意以下几点：外部输入为电压量信号，则将信号的+、-极分别与模块V+和VI-相连。若外部输入为电流量信号，则需要把V+和1+相连。如有过多的干扰信号，应将系统机壳的FG端与FX2n-4AD的接地端相连。FX2n-4AD与外部信号接线图如图3.2所示。3.2.3缓冲寄存器（BFM）Pic与FX2n-4AD的通信是通过缓冲寄存器（BFM）进行的。0#通道初始化，缺省值为H0000#1〜#4存放通道#1~#4的采样值，用于求平均值#5〜#8存放四个通道的平均输入采样值#9~#12每个输入通道当前值存放

#13~#14保留#15用于选择AD转换速度：0为正常速度，15ms；如为1,则选择高速，6ms。#16〜#19保留#20复位到缺省值预设，缺省值为0。#21禁止调整偏移量、增益值，缺省值为0。#22偏移、增益调整：G4O4G3O3G2O2G1O1#23偏移值，缺省值为0。#24增益值，缺省值为5000。#25〜#28保留#29错误状态#30识别码：K2010#31不能使用在BFM#0中写入十六进制4位数字HXXXX进行A/D模块通道初始化，最低位数字控制CH1,最高位控制CH4。X=0时设定输入范围为-10〜10V,X=1时，设定输入范围为4mA〜20mA,X=2时，设定输入范围为-20~20mA,X=3时关断通道。例如BFM#0=H3310则说明CH1设定输入范围为-10V〜+10V，CH2设定输入范围为4〜20mA，CH3、CH4两通道关闭。3.3温湿度传感器3.4交流接触器用来接通或断开电动机或其他设备的主电路，主要由电磁铁和触点两部分组成，触点又可分为主触点和辅助触点。3.5中间继电器继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于，接触器的主触点可以通过大电流，而继电器的触点只能通过小电流。3.6热继电器工作原理为：发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。系统的主电路系统的控制电路第四章控制系统的软件设计4.1FX2N-4AD的编程

4.1.1BFM读出指令FROM指令名称助记符指令代码操作数程序步m1m2Dn读特殊功K、HK、HKnY、KnM、K、HFROM-9步能模FROMFNC78(m2=0~31KnST、C、块指(m1=0~7))D、V、Z(n=1~32)(D)FROM・・・17步令FROMK1K29D0K2*K1:特殊模块的地址编号，只能用数值，范围：0---7*K29：特殊模块的缓冲存储器起始地址编号，只能用数值，范围：0---32767*D0：目标寄存器起始地址编号，可以用T，C，D和除X外的位元件组合如K4Y0*K2:传送的