毕业设计（论文）基于西门子PLC的稻谷加工自动控制系统设计.doc

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1、基于西门子PLC的稻谷加工自动控制系统设计摘 要科学技术是第一生产力，农业作为中国一大重点行业，自然需要科学技术的支持，稻谷加工的过程通过PLC控制能够更加的智能化,关键字：PLC，稻谷加工，AbstractScience and technology is the first productivity, agriculture as a key industry in China, natural need the support of science and technology, the process of rice processing through the PLC control

2、 can be more intelligent. Key words: PLC,Rice processing,目 录摘 要.IAbstract.II1 绪论1.1稻谷加工的现状与趋势.1.1.1稻谷加工业发展的历程1.1.2我国稻谷加工业的现状1.1.3我国稻谷加工技术的发展历程和现状1.1.4稻谷加工技术和装备的发展1.2 关于西门子S7-300 系列PLC.1.2.1S7-300系列PLC简介 .1.2.2S7-300系列PLC应用领域.1.2.3S7-300系列PLC结构及工作原理 .1.3本论文的主要研究内容.2 PLC系统整体设计.3.PLC控制系统的硬件设计.3.1 硬件设计思

3、路.3.2 系统结构图.3.3 4 PLC控制系统的软件设计.5 系统调试.5.1 软硬件的调试. . .6 总结与展望.6.1 系统总结.6.2 系统展望.致 谢.参考文献.附录1 英文原文.附录2 中文翻译.1 绪论1.1 稻谷加工的发展现状与趋势1.1.1稻谷加工业发展的历程 我国种植稻谷的历史悠久，目前所知世界上最早的稻谷遗址在江西万年的仙人洞遗址和湖南道县玉蟾岩遗址出土，距今大约有12000年；最早的栽培稻实物是在湖南澧县彭头山遗址出土，距今大约有8000多年。最早的炭化稻米实物在河南舞阳贾湖文化遗址出土，距今大约有7000-8000年。在湖南澧县彭头山等遗址，还发现了大量的稻谷储存

4、遗迹和用具，如大型方形地面建筑和小型半地下穴房屋周围的穴，类似的用具还有浙江良渚文化遗址的木构窖藏和大溪文化遗址的大陶罐等。人们要食用大米，需要先对稻谷进行加工。我姑稻谷的加工也有数千年的历史。湖南澧县彭头山遗址出土有稻谷加工用的石磨盘石磨棒等。 建国以来，我国稻谷加工业经历了三个发展阶段： 计划发展阶段 自20世纪初从西文引进砂盘砻谷机、铁辊筒碾米机在江、浙、粤等沿海产稻区先后建立机制米厂起，我国稻谷加工业开始进入现代机械加工阶段。但各地发展极不平衡，到解放时仅江、浙、粤、川4省的稻谷加工能力就占了全国的60%。解放后，国家分别在1956年至1958年和1961年至1962年对粮食加工进行了

5、两次计划布局调整。 快速发展阶段 快速发展阶段以乡镇中、小型加工成套机组迅速发展为标志。党的十一届三中全会以后，尤其是20世纪90年代初，随着粮价的放开，小型成套碾米设备大量进入农村乡镇，据农业部统计，农村乡镇拥有的成套碾米设备已经达60多万台（套）。 高水平发展阶段 自20世纪90年代中期以来，进入了高水平发展阶段。虽然农村的小型加工机组保有量仍然很高，加工量占稻谷总量的50%以上，但城镇稻谷加工业企业的规模逐年增大。大批企业直接引进日本佐竹和瑞士布勒等国外公司的稻谷加工工艺和装备，部分大型、特大型稻谷加工业企业在引进工艺技术、装备的同时，还积极采用当今国际最先进的生产控制和管理技术，部分稻

6、谷加工企业已经接近或达到国际一流水平。1.1.2我国稻谷加工业的现状 稻谷是我国种植面积最大、单产最高、稳定性最好、总产最多的大宗粮食作物，在我国粮食生产中具有举足轻重的地位。近5年我国稻谷的产量在1.75-1.99亿吨之间，占我国粮食总产量的38%以上。 我国稻谷加工业发展很快。据中国粮食行业协会统计，2003年全国粮油加工业统计规模以上企业完成工业总产值2060亿元，比2000年增加25%，其中稻谷加工业362亿元，占全国粮油加工业总产值的17.6%，占全国食品加工业总产值的7%以上。特点如下：（1） 行业整体东部强、其他弱 稻谷加工业发展不平衡，东部、中部、华南和东北地区的稻谷加工业发展

7、很快，技术水平相对较高。西部地区除重庆、四川、宁夏等少数省、市、区稻谷加工业有所发，个别企业采用了先进技术装备外，其他省、区因经济发展等原因仍然处于较低水平。（2） 装备机组数量大、效果差 据农业部统计，我国农村乡镇有处理稻谷能力1吨/时以下的成套碾米加工机组60多万台（套），但工艺设备简单，出米率低、产品质量较差。稻谷产区城镇和农场均有加工稻谷企业，生产规模一般在日处理稻谷150吨以下。（3） 大米产品用途窄、品种少 大米用于直接食用产品占绝大部分，其他工业产品非常少。据统计，我国稻谷加工后直接食用的占总消费总量的86%，饲用占5%，工业用仅占1.5%。 普通大米产品多，特种米少。据中国粮食

8、行业协会统计，2003年的大米产品中，特等米约占32%，标一米占56%。 生产企业民营多、外资强 股份制、民营等多种经济成分进入稻谷加工业，除特大型稻谷加工企业集团和部分县、市米业公司仍然是国有控股外，其余稻谷加工企业基本属于民营、外资等其他经济成分。 民营资本占据农村小型加工机组的绝大部分，在某些地区如“珠三角”和“长三角”地区，民营资本投资兴建或重组、兼并组成了大型稻谷加工企业集团。在香港上市的香港金源米业国际有限公司和新加坡上市的（中国台湾省）旺旺集团均在内地布点建设稻谷加工企业。泰国、马来西亚等东南亚国家的大型企业集团也进军了国内稻谷加工业。目前，虽然外资的稻谷加工企业数量不多，但起点

9、高，规模大，又有实力雄厚的大集团公司作为依托，发展势头很猛。 1.1.3我国稻谷加工技术的发展历程和现状 根据粮油供应形势，协调加工精度，正确掌握产量、质量与出率之间的关系是整个计划经济时代的特点。在质量指标中，稻谷加工业始终优先保证纯度，以保证人民的健康。稻谷加工技术和装备的研究和开发以及生产操作，都紧紧围绕国家的需求。一：我国大米质量要求和标准的发展历程 刚解放时的大米质量方针是，在保证产品质量的前提下，适当提高单位产量，努力提高出品率。随着粮油形势的好转，又适当放宽加工精度。1950年3月，国家要求碾米厂糙出白至少92%，同年下半年，经过调查研究，改为按照原粮质量“以质定率”的原则，在营

10、养、适口、节约三个方面同时兼顾，粮食部拟定了大米的一般质量标准，12月通知在全国推行，并通称为“标准米”，为了照顾医疗、工业及其他特殊需要，可以以省市为单位，指导专厂生产一定的特制米。1956年7月国务院批复粮食部，特制米的量要掌握在大米总量的10%左右。十一届三中全会以后，粮食增多，食品工业迅速发展。为了适应新的情况，逐年扩大了精米的生产。如1984年，全国标一米和特制米的产量占大米总产量的54%，比上年增加了24个百分点。 为在全国调拨粮食时有统一的质量标准，粮食部在1957年开始标定全国大米的精度样品，于1958年开始正式执行。1962年9月又对省际调拨的大米质量标准做了统一规定，省内销

11、售的大米标准仍由各省自定。1963年12月，粮食部宣布大米的省间调拨标准为“部标准”，分为特制一等、特制二等、标准一等、标准二等和标准三等5个等级。1978年1月将大米标准改为特等、标准一等、标准二等和标准三等4个等级，并经国家标准局定为国家标准（1986年进行了修订，后一直沿用至今，目前正在进行修订。）。各地定量供应的大米一般以标二米为大宗，有些省在标二米之下，自行订了若干档次，以便灵活掌握。 二:我国稻谷加工工艺的发展历程稻谷加工工艺必须与国家粮食供求形势相适应。各个时期的情况大致如下： （1）20世纪50年代至80年代中期 加工工艺包括：初清、清理、砻谷、谷糙分离、碾米、白米分级和副产品

12、整理等工序。由于我国供应的大米基本上是标二米，含碎米一般在15%-30%。因此，稻谷加工工艺流程较短，全国大部分地区长期采用“一机出白”，少数地区采用“双机出白”。 由于我国原粮含杂多，因此清理工段一贯得到重视，一般都配备初清、筛选、去石、磁选、风选和除稗等工序。 （2）20世纪80年代中期至90年代中期，加工工艺中逐步增加了大米抛光等工序。由于大米产品的等级逐步提高，因此，稻谷加工工艺流程逐步延长，由“一机出白”逐步过渡到“多机轻碾”。更加重视清理工段，吸风分离、二次去石、多次磁选等工艺逐步得到推广应用。 （3）20世纪90年代中期以来市场对大米产品的质量要求更高，加工工艺中逐步增加了糙米精

13、选、白米精选、大米色选和配米以及保鲜包装等工序。 部分企业配备有糙米调质工序，特大型企业还增设了稻谷分级加工等工序。清理工序继续得到重视，但由于稻谷中稗子很少，因此，清理工段中不再设除稗工序。1.1.4稻谷加工技术和装备的发展一：稻谷加工业的发展重点 今后，我国稻谷加工业的发展重点将是： （1） 建立健全稻米标准体系，加强质量控制 要逐步建立健全符合我国国情的稻米标准质量体系和质量控制体系，为稻谷加工业的发展奠定法规基础。 （2）扶持壮大加工龙头企业，生产名牌产品 按照“抓大放小”的原则，通过多种形式放开搞活中小加工企业，并引导其向“专、精、特、新”的方向发展。同时重点扶持一批大型龙头企业集团

14、，培养一批名牌产品，提升和保障军粮和城市居民供应大米的质量，逐步实现优质化、品牌化。鼓励龙头企业采取多种形式，与农户形成利益共享、风险共担的经营实体，促进稻谷产业化经营健康发展。 （3）推广小型高效机组，提高农村加工水平通过研发和推广小型高效稻谷加工机组，替代农村现有的落后装备，提高出品率，改善农民消费的大米质量。同时可吸收大量农村劳动力，增加农民收入。 二：稻谷加工技术发展的重点 我国稻谷加工业将进一步加大技术升级的力度，积极采用生物技术和现代分离技术，开发稻谷精深产品和高附加值产品的加工技术，应用信息和自动化等技术，开发研制一批先进的稻谷加工装备。重点有： （1）新型大规格碾米装备的研究开

15、发 目前国内外的稻谷加工专用装备单机加工能力最大的为日处理稻谷150吨，而国内稻谷加工业正在向大型和特大型化方向发展，市场需要新型大规格稻谷加工专用装备，如砻谷机、砂辊碾米机、铁辊碾米机、抛光机和色选机等。（2）高效节能型农村小型碾米机组的研究开发 我国拥有小型稻谷加工设备60多万台（套），我国50%以上的稻谷是由小型加工机组加工的，因此，引用新技术，开发生产适合农村使用的高效节能型小型稻谷加工机组，为广大农村地区的小型加工企业提供新型装备，可以提高其生产性能和机械性能，从而提高稻谷的利用率，可以有利于农民增收。 （3）稻壳（通过气化或燃烧等）用作生物质能源的技术和装备的研究开发 国内目前现有

16、的稻壳煤气发电装备，单机规模小于300千瓦。 宜开发生产规模为300-2000千瓦的稻壳煤气发电装备，重点解决稻壳煤气脱除焦油的难题。 （4）以稻壳为原料生产人造板材和水泥等建材产品的技术与装备研究开发国内目前现有的稻壳人造板加工装备，规模小于5000立方米/年，但采用的粘结剂甲醛超标。需要开发生产新型技术和装备，采用绿色的粘结剂。国有目前尚没有利用稻壳制水泥的技术和装备。 稻谷加工业作为稻谷再生产过程的重要环节和食品工业的基础性行业，与人民生活密切相关。稻谷加工业是粮油加工业的重要组成部分，是国民经济基础性行业。稻谷加工业的发展，对于提高人民生活质量，调整和优化稻谷生产结构，促进粮食流通，实

17、现粮食增值、农业增效、农民增收，促进农村经济和国民经济持续快速健康发展，具有十分重要的意义。1.2关于西门子S7-300 系列PLC1.2.1简介S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。主要包括S7-300以及S7-300F两种，本次论文采用的是S7-300型。S7-300：模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用十分灵活方

18、便用户和简易的无风扇设计当控制任务增加时，可自由扩展大量的集成功能使它功能非常强劲1.2.2应 用S7-300是模块化中小型 PLC 系统，它能满足中等性能要求的应用。 模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。 SIMATIC S7-300的应用领域包括：专用机床纺织机械包装机械通用机械工程应用控制系统机床楼宇自动化电器制造工业及相关产业 多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。 当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC

19、进行扩展。 SIMATIC S7-300已经得到以下国内和国际标准认证：DINUL认证CSA认证FM1级1区，A, B, C, D 组温度组T4（135C）船级认证- 美国船级社- 法国船级社- 挪威船级社- 德国劳氏船级社- 英国劳氏船级社1.2.3结构及工作原理 一：结构 SIMATIC S7-300可编程序控制器是模块化结构设计。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。 系统组成： 中央处理单元 （CPU):各种CPU 有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通讯接口等。 信号模块 （SM):用于数字量和模拟量输入/输出。

20、 通讯处理器 （CP）:用于连接网络和点对点连接。 功能模块 （FM）:用于高速计数，定位操作 （开环或闭环控制） 和闭环控制。根据要求，还有以下设备： 负载电源模块 （PS）:用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。接口模块 （IM）:用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架 （ER）。S7-300通过分布式的主机架（CR）和3个扩展机架（ER），可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。SIMATIC M7自动化计算机:AT-兼容的计算机用于解决对时间要求非常高的技术问题。它既可作为 CPU，也可以作为功能模块使用。SIMATIC S7-300适用于通用领域

21、：高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。二：工作原理PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1 是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1 中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC 或SFC)。循环程序处理过程可以被某些事件中断。在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU 内部的输入/输出过程映像区（在CPU的系统存储区）1.3本论文的主要研究内容本文主要研究的是基于西门子S3-700型PLC的，日产150吨的稻谷加工自动控制系统设计，主要设计包括大米加工过程中的清理砻谷、碾米系统和抛光色选三个过程的主电路，控制电路，料位器检测电路，阀门控制电路。需要达到单独自动控制各过程中各设备运行与停止，以及设备之间连锁控制和故障处理的要求。2 PLC系统整体设计.