CAD课程设计论文.doc

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摘要

我国地域广阔，粮食的收获季节从南到北有很大差别，由于南方气候潮湿，而北方气温较低，粮食收获后不能自然干燥，需要烘干。

国家粮食主管部门对粮食烘干一直非常重视，近20年来投资兴建了大量的烘干设备，这些设备绝大部分为塔式烘干机，其最基本配置为：

一台有换热器的燃煤热风炉、一台塔式干燥机、一台斗式提升机、一台塔下出粮皮带机和必要的清理设备及电控设备，结合200吨烘干机的结构及其干燥工艺,建立粮食烘干机的偏微分方程数学模型,用向前差分方法对偏微分方程进行离散化,并编制进行计算机模拟程序;对模型进行仿真实验,研究热风温度、热风流量、入机粮含水率、环境温湿度、排粮速度等参数对干燥过程的影响,分析各参数之间的相互关系,确定出影响出机粮含水率的主要参数;对控制软件进行仿真实验,对控制策略进行研究分析和仿真,检验建立智能模型的算法和智能优化算法是否有效,对控制系统的动态性能和稳态性能进行分析。

1998年起,我国连续几次投巨资兴建国家粮食储备库。

在建库的同时,配备了大量的粮食烘干机,这些粮食烘干机的采购基本上都是通过招投标方式,代表着我国粮食烘干机的发展方向,具有国内先进水平。

关键词:

粮食烘干烘干机系统常见故障分析塔式烘干机收获季节烘干设备燃煤热风炉斗式提升机

第一章绪论

1.1概述

我国是世界上最大的粮食生产和消费国家2007年中国粮食产量为5.015亿，2008年中国粮食产量达到5.25亿。

虽然我国在粮食生产区已建成了大批谷物烘干机，逐步解决了粮食烘干问题但烘干后的粮食仍存在着水分不均匀。

烘后品质差等问题，这主要是由于烘干机内温度控制不够稳定引起的。

当烘干机内温度过高时，粮温上升速度快，粮食过度干燥，爆腰率增加，当烘干机内温度较低时烘干速率降低，出粮水分高于达标粮食储存含水率；因此，实现粮食烘干过程中烘干机内温度稳定是保证粮食烘后品质的有效手段和必要措施模糊控制具有实现简单，成本低，对采样要求不高，无需建模等优点，它与传统控制相比，在处理非线性大时滞系统上具有良好的效果。

近年来，模糊控制技术在机械制造领域得到了迅猛的发展，已成为一个研究的热点[1]。

模糊控制不依赖于对象的数学模型，通过对模糊信息的处理可以对复杂对象实施良好的控制，具有良好的鲁棒性和稳定性等优点[2,3]。

但是模糊控制不具有积分环节，运行时存在稳态误差，确保烘干粮食品质良好，这是当今粮食烘干行业最关注的问题。

粮食烘干作为粮食储藏的第一道关键性作业程序，对于保持储存粮食品质和效益、延长粮食储藏年限、节粮增效、有效保障国家粮食安全、使粮食储藏向优质、安全、营养方向发展和为全面建设小康社会提供物质基础意义重大。

辽宁省有1017台粮食烘干机（东北地区有3000多台），烘干工艺形式繁多。

烘干过程控制的严重滞后性和烘干结果的不可调整性，造成了粮食在烘干过程中品质陈化和劣变、破碎率增高、亏损、掉库、减量等品质问题与重量损失。

为解决粮食品质在烘干环节中控制滞后、控制不住、控制不准等关键技术问题，降低粮食的烘干损耗，节粮增效，我们进行了粮食烘干机过程控制系统的研究开发。

生产运行考核证明，粮食烘干机是一个多变量、大滞后、强非线性、非平衡的开放式热力学体系，“粮食烘干机过程控制系统”采用系统状态控制与前馈控制相结合方式，通过对烘干过程状态的控制，实现对出机粮食水分较准确的控制，避免了原来出现周期性高水分粮和低水分粮的情况。

本系统对粮食烘干机的烘干过程控制有较明显的作用。

1.2设计目的

（1）了解常用工控软件的主要特点及应用。

（2）掌握工控组态软件MCGS主要特点及应用。

（3）掌握MCGS的使用方法和工程设计步骤。

（4）重点掌握MCGS的画面组态、动画显示、流程控制、设备驱动、数据采集、数据处理、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作方法。

（5）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（6）提高自我学习能力及协作精神。

1.3设计任务和内容

1.3.1设计任务

学习MCGS软件的使用并用MCGS组态软件完成原理图的绘制，应用MCGS组态软件完成粮食烘干机电器控制系统工艺流程的画面组态和动画显示；以论文形式完成设计的介绍和说明，并附相关图表和数据。

1.3.2设计内容

（1）设计题目总体设计方案

（2）填写设计任务书。

（3）应用工控组态软件MCGS进行硬件接口设计

（4）进行总体设计，画出原理图。

（5）系统的综合动态图调试

（6）撰写课程设计论文

（7）完成课程设计论文答辩

第二章总体设计及功能介绍

2.1总体设计

用MCGS组态软件完成原理图的绘制，包括提升机、传送带、清杂筛、储存罐、顺逆流烘干塔及控制各部分的按钮。

并对各部分的联系顺序进行表明，使设计能够顺利运行。

2.2MCGS软件简介

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。

MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。

MCGS5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。

组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。

运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运i2iMCGS初级教程行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。

MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。

两部分互相独立，又紧密相关。

MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。

用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工

程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。

MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。

在运行环境中完成对工程的控制工作。

MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。

主控窗口：

是工程的主窗口或主框架。

在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。

主要的组态操作包括：

定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。

设备窗口：

是连接和驱动外部设备的工作环境。

在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。

用户窗口：

本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：

生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。

实时数据库：

是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。

在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。

运行策略：

本窗口主要完成工程运行流程的控制。

包括编写控制程序（if…then脚本程序），选用各种功能构件，如：

数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。

与国内外同类产品相比，MCGS5.1组态软件具有以下特点：

全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。

庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。

全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。

支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。

简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。

强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。

方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。

完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。

此外，MCGS5.1还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。

总结：

用户在本讲中应着重掌握MCGS组态软件的五大部分的概念，明确每一部分的功能，工程组态中的各个部分的实现应在软件哪一部分中完成？

而每一部分相互之间如何进行数据交换，我们将在以后的学习中详细介绍。

2.3粮食烘干机过程控制系统介绍

2.3.1系统理论基础

粮食干燥是一个多变量、大滞后、强非线性、非平衡的开放式、复杂的热质交换热力学体系，是一个物理、生物和化学过程，不仅受物料特性和介质参数的影响，还与气候条件和干燥工艺有重要关系。

在粮食干燥过程中，粮食颗粒在自重和排粮板的作用下向下运动，湿空气通过角状盒被排出到大气中。

现场试验观察结果表明，这两个运动通过气固两相摩擦形成较强的非线性耦合关系，且存在临界值。

当系统状态达到该临界值时，湿空气的排出运动对谷物粒子的运动摩擦急剧增加。

可见，在现阶段要对粮食烘干的水分和品质进行有效控制，只能也必须抛弃依赖水分传感器建立的一切控制原理与控制方式，而采用系统状态控制与前馈控制相结合方式，通过监测粮食烘干热力学系统的状态参量，建立全新的烘干过程控制系统，这是目前国内最为先进的控制方式。

2.3.2系统工作原理

“粮食烘干机过程控制系统”通过建立友好的人机对话系统、监测粮食烘干热力学系统的状态参量、对以往烘干机过程总结，计算出“出机粮食水分预测系数”，该系数可以提前5-6h预测出机粮食水分，而操作者可根据现场经验积累，及时调节热风炉的温度和排粮电机的转速，以保证出机粮食的烘干质量，即通过系统所抽取的出机粮食水分预测系数可以为粮食烘干机现场操作提供有目的、有效的指导作用。

2.3.3系统主要功能

本系统通过对烘干过程状态的控制，实现对最终结果的控制。

主要功能有：

①本系统每5min可记录并打印输出一组工作参数数据，包括入机粮水分化验值、容重、温度，出机粮食水分检测值、化验值、容重、温度，高温热风温度值、低温热风温度值、排粮电机频率、排粮速率（小时处理量）、烘干塔高层粮气综合温度、低层粮气综合温度等；②该系统为人机对话系统，在烘干机工作的每个上粮周期内（一般为lh左右）可提供一组系数，包括烘干塔烘干过程状态参数的变化、原粮品质的变化、环境条件的变化等丰富的信息；③系统所提供的出机粮食水分预测系数可预测6h后出机粮食水分的变化趋势与区间，即可根据该变化趋势及时调整操作，从而控制符合要求的出机粮食水分值；④系统脱离了水