1、掛面生產線溫濕度控制系統設計作者姓名王振興專業自動化指導教師姓名袁瀾專業技術職務講師摘要1第一章緒論31.1課題背景及研究目的和意義 31.2國內外研究現狀3第二章 系統概述 52.1系統設計任務 52.2系統總體設計52.3系統工作原理 錯誤！未定義書簽。第三章 控制系統的硬件設計 93.1 PLC93.2 FX2N-4AD 93.3 溫濕度傳感器 93.4 系統的主電路 103.5 系統的控制電路 11第四章 控制系統的軟件設計 164.1 FX2N-4AD 的編程 164.2 系統流程圖 174.3 梯形圖 17第五章 組態畫面的設計 295.1組態變量的建立及設備連接 295.1.1新

2、建項目 295.2創建組態畫面 335.2.1新建主畫面 335.2.2新建數據報表 345.2.3新建實時曲線355.2.4建歷史曲線 355.2.5新建報警窗口 36第六章系統測試 376.1啟動組態王 376.2實時曲線觀察 386.3 分析歷史趨勢曲線 386.4查看數據報表 406.5系統穩定性測試 42結束語 43參考文獻 44致謝45摘要從上世紀80年代至90年代中期，PLC得到了快速的發展，在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的 DC系統。PLC具有通用性強

3、、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、 編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的 將來，是無法取代的。本文介紹了以頂部吊扇和排濕風扇為被控對象，以烘干室各區不同位置溫濕度為主被控參數，通過控制電風扇的啟停來控制烘干室的溫濕度，以PLC為控制器，構成閉環控制系統；運用PLC梯形圖編程語言進行編程，實現烘干室溫濕度 的自動控制。同時利用組態軟件，將生產過程中的狀態以圖像、文字、曲線或報 警形式清楚地表達出來，并實現遠程監控。關鍵詞：溫濕度控制PLC 組態第一章緒論1.1課題背景及研究目的和意義掛面烘干一般都采用對流熱力烘干法， 即利用熱源，加熱烘干室的空氣，

4、借 助風力使熱空氣對流，用以加熱濕面條，同時帶走濕面條中的水分，熱空氣就成 為干燥介質，既是載熱體也是載濕體，也就是說，掛面烘干需要熱量，靠熱量進 行濕熱交換，濕面條只有在吸收熱量之后，才能使自身水分汽化并排放出去， 達 到干燥的目的。因此烘房溫濕度控制是掛面生產工藝最關鍵性的一環。烘房溫濕度控制不當，將會導致成品掛面條型不直，水份不均，酥條，不整齊度增加，彎 曲斷條率增多等質量問題，因而研究和探討掛面烘房溫濕度控制十分必要。1.2國內外研究現狀目前掛面生產主要用到三種烘干方法： 高溫快速烘干法，低溫慢速烘干法和 中溫中速烘干法。掛面干燥過程中，溫濕度是最主要的影響因素，因此三種烘干 方法都對

5、溫濕度有嚴格的要求。在早期掛面生產中，用繼電器控制系統控制溫濕度。首先由溫濕度傳感器測 得烘干室溫濕度，轉化為電壓信號，與給定電壓相比較得到偏差信號。 偏差信號 經過放大后控制電風扇運轉速度， 從而保證烘干室溫濕度的穩定。但是由于器件 長時間處于工作狀態，容易老化損壞，難以保障烘干室溫濕度的精確控制， 從而 大大影響掛面的質量。隨著電子技術的高速發展，用可編程控制器控制系統代替模擬式控制系統成 為掛面溫濕度控制的發展方向。因為其功能由軟件完成，精度由位數決定，不受 元件影響，所以可以精確的控制烘干室的溫濕度， 提高掛面質量。可編程控制器 控制系統的工作流程為：首先通過鍵盤預先設置烘干室溫濕度期

6、望值， 烘干室實 際溫濕度由傳感器檢測，并轉換成電壓信號，經放大、濾波后，由A/D變換器將模擬量變換成數字量送入可編程控制器， 在控制器中與期望值相比較產生偏差 信號。可編程控制器通過預定的控制算法計算出控制量， 然后控制電風扇來調節 烘干室溫濕度。這種控制系統與傳統的用繼電器的控制系統相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有巨大的優勢。第二章系統概述2.1系統設計任務在掛面生產過程中，溫度和濕度控制是十分重要的。它們決定著掛面質量 和干燥效果。溫度是掛面水分得以蒸發的動力，特別是能使掛面提高自身熱量、 促進內部水分向表面轉移。相對濕度是直接衡量空氣的吸水能力，濕度的高低，決定著掛面表面

7、水分蒸發的快慢，而空氣流通速度則支配著烘干室溫濕度的均 勻性和分布。三者的關系相鋪相成，組成了烘干室的“小氣候”，是掛面烘干 的基本條件。本次設計便是設計一個控制系統，能有效的控制掛面烘干室的溫 濕度，從而提高掛面的質量，提高掛面生產的自動化水平。2.2系統總體設計1-循環的熱水；2-掛面；3-風機；4吊扇；5-熱水管道；6-熱水鍋爐 熱水管在烘房內布置在烘房頂部，由風扇向下壓，使熱空氣與濕 掛面進行熱質交換。熱水爐加熱的熱水用泵輸送到掛面車間， 熱水通過管壁間接加熱 烘房中的空氣從而對掛面進行加熱。熱量降低后的水經過濾后循環到 熱水爐。將熱水作為載體進行加熱，由于熱水是循環的，所以和蒸汽加熱

8、 相比節約能源，而且操作方便，一次性投資也較小。2.2.2排濕裝置排濕部位一般布置在 預備干燥階段的前中區、保溫出汗階段與升溫降潮階段的過渡區、升溫降潮階段的前中區 等幾個位置，且預備干燥階段的前區排濕較高、升溫降潮階段的前區略高，其余較低。排濕口的布置高度有兩種情況，一種是在烘房兩壁的底部，另一種是布置在掛面中部高度對應的烘房兩壁。排濕形式建議采用夾墻排濕，每個排濕口裝小型排風扇作機械排濕，其效果較好。1-烘房 2-內夾墻3-排濕孔4-排濕孔5-外夾墻6-烘道;7-隔熱墻8-排潮扇223溫濕度控制方法（1）用RH溫濕度智能傳感器測量溫濕度。將溫濕度值轉為電壓或者電流 信號。（2）溫度控制。每

9、個烘干區都通有蒸汽管道，并裝有 8臺1.1kW的頂部吊 扇。將8臺吊扇分為4組，放在不同的位置。每組吊扇都可以獨立的受pic控制。 溫度設定值與從智能溫濕度傳感器得到的溫度現場值相比較，根據所得的偏差，通過通過接觸器控制相應位置吊扇的啟停，實現對烘干區溫度的調節。當溫度低 于設定值時，啟動吊扇，吊扇直吹蒸汽管道，加快熱量向下流動，從而使烘干區 內的溫度上升。反之，則停止吊扇。（3）濕度控制。每個烘干區裝有4臺1.1kW的排潮風機，同樣將排濕風機 置于4個不同位置，同樣都收到pic的控制。濕度設定值與從智能溫濕度傳感器 得到的濕度現場值相比較，根據所得的偏差，接觸器控制排潮風機啟停。當濕度 高于

10、設定值時，啟動排潮風機，加快水汽排出，從而使烘干區內的濕度下降。反之，則停止風機。（4）傳送鏈速度控制。傳送鏈由5.5kW的三相異步電動機驅動。Pic通過 控制繼電器的線圈來接通繼電器，用以啟動傳送鏈電機。(5) 溫濕度的檢測與傳送：增加A/D模塊，與PLC相連。將溫濕度傳感器 測定的溫濕度模擬量值，轉換成 PLC可識別的數字量。通過PLC程序將溫濕度 的監測值與設定值比較，并通過相應程序獲得控制信號。(6) 現場設備的參數可以在生產現場由鍵盤直接輸入，同時也可以由控制 室的監控計算機遠程設定。掛面生產線溫濕度控制系統組成框圖如圖 2.1所示。2.3系統工作原理系統由溫濕度傳感器、PLC系統、

11、頂部吊扇、排濕風扇和傳送鏈幾部分組成。整個系統的工作原理圖如圖2.2所示該溫濕度控制系統是利用PLC把傳感器采集的有關參數（如溫度、濕度） 轉換為數字信號，并把這些數據暫存起來，與給定值進行比較，經一定的控制算 法后，給出相應的控制信號進行控制。系統還可以經過串行通信接口將數據送至 上位機，從而完成數據管理、智能決策、歷史資料統計分析等更為強大的功能， 并可以對數據進行顯示、編輯、存儲及打印輸出。溫濕度控制系統的執行機構包 括頂部吊扇、排濕風扇和傳送鏈等設備。系統工作時，PLC通過溫濕度傳感器來測量溫室內的溫濕度并與設定值相比較 ，如果溫室內的溫度或濕度超出了設 定范圍的上下限值，PLC就輸出

12、指令，控制接通相應的設備；當溫室的溫度和濕 度都在范圍內時，PLC就輸出指令，切斷設備的電源。系統的工作流程見圖2.3系統啟動溫度采樣溫度超標否二關閉頂部巾扇啟動頂部吊扇濕度采樣KZ濕度超標否關閉排濕風扇啟動排濕風扇第三章控制系統的硬件設計3.1 PLC早期的PLC是用來替代繼電器、接觸器控制的。它主要用于順序控制， 只能實現邏輯運算。因此，被稱為可編程邏輯控制（Programmable logic controller， 略寫PLC ）隨著電子技術、計算機技術的迅速發展，可編程控制器的功能已遠遠 超出了順序控制的范圍。被稱為可編程控制器（Programmable con troller，略寫

13、PC）。為區別于Personal Computer （PC）故沿用PLC這個略寫。輸入單元微處理器存儲器電源輸出單元編程器或其他編程設備PLC的組成框圖3.1.1 PLC工作原理地址總線控制總線模擬量輸入T丄屮央處理單元存儲器數據存儲器-口輸照明出電磁裝置1接執麗嗣1口9-o a a0PLC工作時，將采集到的輸入信號狀態存放在輸入映象區對應的位上； 將運 算的結果存放到輸出映象區對應的位上。 PLC在執行用戶程序時所需 輸入繼電 器”、輸出繼電器”的數據取用于I/O映象區，而不直接與外部設備發生關系 。3.1.2 PLC的功能 1）采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，通過輸入接口存人輸入映像寄

14、存器或數據寄存器中，用掃描方式接收輸入設備的狀態信號,并存入相應的數據區（輸入映像寄存器）。（2）按用戶程序存儲器中存放的先后次序逐條讀取指令，完成各種數據的運算、傳遞和存儲等功能，進行編譯解釋后，按指令規定的任務完成各種運算和操作。（3）把各種運算結果向外界輸出。（4）監測和診斷電源以及PLC內部電路工作狀態和用戶程序編程過程中出現的語法錯誤。（5）根據數據處理的結果，刷新有關標志位的狀態和輸出狀態寄存器表的內容，響應各種外部設備（如編程器、打印機、上位計算機、圖形監控系統、條碼判讀器等）的工作請求，以實現輸出控制、制表打印或數據通信等功能。3.1.3 pic的選擇綜合各方面考慮選擇RX2N

15、系列pic。 FX2N系列是FX家族中最先進的系列， 最大范圍地包容了標準特點、執行速度更快、通訊功能更齊全，為工廠自動 化應用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N系列PLC吸取了整體式和模塊式 PLC的優點，各單元間采用疊裝式連接。根據它們與基本單元的距離，對每 個模塊按07的順序編號，最多可連接8個特殊功能模塊。3.1.4 I/O 點的分配輸入/輸出接口單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業過程 控制現場之間的連接部件.I/O模塊集成了 PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映 輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。小型PLC的I/O點數一般在128點以下，其特點是體積小、結構緊

16、湊，整 個硬件融為一體，除了開關量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執行包括邏輯運算、計時、計數、算術、運算數據處理和傳 送通訊聯網以及各種應用指令。一區二區三區啟動X0X1X2停止X3X4X5啟動傳送鏈X6停止傳送鏈X7位置1頂部吊扇Y0Y1Y2位置2頂部吊扇Y3Y4Y5位置3頂部吊扇Y6Y7Y10位置4頂部吊扇Y11Y12Y13位置1排濕風機Y20Y21Y22位置2排濕風機Y23Y24Y25位置3排濕風機Y26Y27Y30位置4排濕風機Y31Y32Y333.1.5 PLC控制系統設計的注意事項I/O端口接有感性元件時：a）對直流電路，應在兩端并聯續流二極管，如

17、圖6-8（a）;通常續流二極管可選擇1A的管子，額定電壓應大于電源電壓的3倍b）對交流電路，應并聯阻容電路，以抑制電路斷開時產生的電弧對PLC的影響，如圖6-8 （b）。電阻可取50120Q，電容取0.10.47卩F,電容的額定電壓應大于電源峰值電壓。3.2 FX2N -4AD321 FX2N-4AD 概述模擬量輸入模塊（A/D模塊）是把現場連續變化的模擬信號轉換成適合 PLC 內部處理的數字信號。輸入的模擬信號經運算放大器放大后進行 A/D轉換，再 經光電藕合器為PLC提供一定位數的數字信號。FX2n-4AD是FX2n系列PLC的模擬量輸入模塊，有 CH1CH四個通道， 每個通道都可進行AD

18、轉換，分辯率為12位，采集信號電壓為-10V+10V,分辯 率5mV電流輸入時，為 420mA或-2020mA 分辯率20uA。FX2n-4AD內部有 32個16位的緩沖寄存器（BMF），用于與主機交換數據。FX2n-4AD占用FX2n擴 展總線的8個點，耗電為5V, 30mA3.2.2 FX2n-4AD的電路接線FX2n-4AD通過擴展電纜與PLC主機相連，四個通道的外部連接則根據外部輸入電壓或電流量的不同而不同。應注意以下幾點：1.外部輸入為電壓量信號，則將信號的+、-極分別與模塊V+和VI-相連。2若外部輸入為電流量信號，則需要把V+和I+相連。3.如有過多的干擾信號，應將系統機殼的FG

19、端與FX2n-4AD的接地端相連。FX2n-4AD與外部信號接線圖如圖3.2所示。3.2.3緩沖寄存器（BFM）Pic與FX2n-4AD的通信是通過緩沖寄存器（BFM ）進行的。0#通道初始化，缺省值為H0000#1#4存放通道#1#4的采樣值，用于求平均值#5#8存放四個通道的平均輸入采樣值#9#12每個輸入通道當前值存放#13#14保留#15用于選擇AD轉換速度：0為正常速度，15ms;如 為1,則選擇高速，6ms。#16#19保留#20復位到缺省值預設，缺省值為 0。#21禁止調整偏移量、增益值，缺省值為 0。#22偏移、增益調整：G4O4G3O3G2O2G1O1#23偏移值，缺省值為0

20、。#24增益值，缺省值為5000。#25#28保留#29錯誤狀態#30識別碼：K2010#31不能使用在BFM#O中寫入十六進制4位數字H xxxx進行A/D模塊通道初 始化，最低位數字控制CH1,最高位控制CH4。x =0時設定輸入范 圍為-1010V, x =1時，設定輸入范圍為4m A20mA, x =2時，設 定輸入范圍為-2020mA,x =3時關斷通道。例如 BFM#0=H3310 則說明CH1設定輸入范圍為-10V+10V, CH2設定輸入范圍為 420mA, CH3、CH4兩通道關閉。3.3 溫濕度傳感器3.4交流接觸器用來接通或斷開電動機或其他設備的主電路， 主要由電磁鐵和觸

21、點兩部分組成，觸點又可分為主觸點和輔助觸點。3.5中間繼電器繼電器和接觸器的工作原理一樣。主要區別在于，接觸器的主觸點可 以通過大電流，而繼電器的觸點只能通過小電流。3.6熱繼電器工作原理為：發熱元件接入電機主電路，若長時間過載，雙金屬片被 烤熱。因雙金屬片的下層膨脹系數大，使其向上彎曲，扣板被彈簧拉 回，常閉觸頭斷開。3.4 系統的主電路3.5 系統的控制電路第四章 控制系統的軟件設計4.1 FX2N-4AD 的編程4.1.1 BFM讀出指令FROM指令名稱助記符指令代碼操作數程序步m1m2Dn讀特殊功K、HK、HKnY、KnM、K、HFROM, 9 步能模FROMFNC78(m2=031KnS T、C、塊指(m仁07)D、V、Z(n=132)(D)FROM , 17