面粉生产过程控制系统设计Word文件下载.docx
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2021
年
2
月
18
日至
6
9
日共
16
周
指导教师
签字
系主任
院长
摘要
面粉加工是食品消费的重要原料工业，是粮食消费向人类消费过渡的传统行业。
由于种种缘由，其消费进程的自动化远远落后于同期完成机械化消费的纺织业。
进入九十年代以来，为了降低本钱，提高产质量量，顺应不时变化的市场经济，我国的大中型面粉厂相继停止了电气自动化系统的改造，PLC末尾被普遍的运用于我国面粉行业。
可编程控制器〔ProgrammableController〕简称PLC,是一台有别于普通微机的公用计算机，它能直接在工业环境中运用，不需求专门的空谐和恒温环境，它专为工业环境控制而设计制造，具有丰厚的输入输入接口和较强的输入驱动才干。
由于它具有很多优点，目前已被普遍运用于全世界工业消费的各个范围。
本文先引见了PLC系统的硬件组成、任务原理、软件编程等，并详细引见了应用PLC控制技术完成面粉消费进程的自动控制。
关键词：
自动控制系统，面粉消费，iFIX，PLC
ABSTRACT
Flourprocessingistheimportantmaterialindustryoffoodproducing,andthetraditionalindustryofthetransitofcerealproducingtohumanconsumption.Forvariousreasons,theautomationofitsproductionprocesslagsfarbehindthetextileindustryoverthesameperiodtoachievethemechanizedproduction.Sincethe1990s,inordertoreducecosts,improveproductqualityandadapttothechangingmarketeconomy,Chineselargeandmedium-sizedflourmillssuccessivelycarriedtransformationofelectricalautomationsystem,thePLCbegantobewidelyusedintheflourindustryofChina.
ProgrammablecontrollerreferredasPLC,isadedicatedcomputerdifferentfromordinarycomputer,itcanbedirectlyappliedinindustrialenvironmentswithoutdedicatedairconditioningandconstanttemperatureenvironment.Ithasbeendesignedforcontrolofindustrialenvironmentalwithrichinputandoutputinterfaceandstrongoutputdrivecapability.Ithassomanyadvantagesthatithasbeenwidelyusedinvariousareasofindustrialproductionaroundtheworld.Thispaperintroducesthehardwarestructure,workingprinciplesandsoftwareprogrammingofthePLCsystem,andthendescribeshowtotakeadvantageofthetechnologyofPLCtoachievetheautomaticcontroloftheflourproductionprocess.
Keywords:
Automaticcontrolsystem,Flourproduction,iFIX,PLC
1.绪论
1.1国际外面粉加工自动化技术的现状
面粉加工是把小麦经过清算、研磨、筛理、分级、提纯，加工成各种不同等级面粉的系统迷信，它主要包括两方面的内容：
制粉设备和制粉工艺。
20世纪80年代以前，我国的制粉技术由于遭到经济开展水平、制粉设备种类、加工精度以及企业经济实力的制约，采用的都是最基本、最简易的设备和工艺。
我国革新开放以来，特别是上世纪80年代末到90年代初大规模引进国外面粉消费线并停止消化吸收，结合我国蒸煮食品的特点，现已逐渐构成了具有中国特征的面粉加工技术。
90年代以来，引进消费线的面粉厂以其合理的工艺、先进的设备及自动化技术的运用，提高了产质量量和全体经济效益。
事先引进的面粉消费线主要特点有：
〔1〕工艺线路、设备及缺点自动监控方面。
自动控制及监测技术已在一些引进面粉厂中采用，国产设备配套装置设计的面粉厂，有的也有工艺模拟屏，也可以显示工艺及设备运转状况，但绝大局部无PLC控制的顺序启停和缺点检测。
工艺屏的控制操作也仅仅是将现场控制的方式停止复杂的移位和集中，这样的〝自控〞只是集中控制而不是自动顺序控制。
〔2〕顺序控制技术方面。
引进系统大局部采用继电器联锁控制方式，一般在配粉车间采用PLC控制。
例如引进的瑞士布勒公司的消费线也只是在制粉车间的局部工段采用了PLC控制。
在满足不时变化的市场需求的进程中，制粉行业中的自动化技术以其特殊的工业方式也在不时地开展。
50多年来，自动化仪表从气动到电动，从现场控制到中央控制，从仪表屏操作到计算机操作站，从模拟信号到数字信号等等，变化确实惊人。
半个世纪以前，制粉行业已具有确保基本的联锁功用的机电系统，在出现报警或其它缺点的状况下，经过继电器链保证依照预定的平安逻辑顺序地停机，控制系统为就地式的复杂控制装置。
随着面粉厂规模增大，设备数量添加，工艺复杂，自动仪表采用电动仪表，就地控制改为中央仪表控制。
中央仪表控制室配有手工绘制的面粉厂的整个工艺流程图，经过指示灯光表示每台机器的形状，操作员可以直观笼统地监视和操作面粉消费进程。
早期自动顺序启动系统应用定时转换器，大大简化了面粉厂的启动操作。
以微处置器为中心的集散控制系统（DCS）的出现，替代了原有集中式DDC系统。
以可编程逻辑控制器（PLC）为主体的计算机控制系统满足新的市场要求，确保面粉厂对数百台设备的监控，完成各种工艺要求。
最新的机电系统保证面粉厂联锁功用，平安性好。
1.2本课题研讨主要内容
本课题主要研讨的是面粉消费车间的自动化控制系统，经过火析消费工艺流程；
剖析研讨西门子S7-300PLC硬件组态、编程与通讯，完成iFIX上位机组态，进而完成现场控制系统的设计。
运用PLC与iFIX相结合综合控制现场设备是本课题的研讨内容，它主要包括以下几个方面：
〔1〕研讨面粉消费数据以及缺点信息采集
〔2〕研讨西门子S7-300PLC硬件组态
〔3〕研讨西门子S7-300PLC软件编程
〔4〕研讨GEFanuciFIX4.5组态
〔5〕研讨西门子S7-300PLC与现场设备和上位机的互联
〔6〕研讨最终的系统整合，搭建成具有一定开放系统特性的基本系统。
包括PLC控制系统设计、上位机管理和监控系统设计。
2.控制系统总体设计
2.1面粉消费工艺流程
2.1.1小麦初清工艺流程
小麦在收获、枯燥、运输和贮存进程中，不可防止地会混入各种各样的杂质；
小麦在田间生出息程中，难免受自然灾祸的影响或病虫害的感染，出现蜕变或感染病害的麦粒。
小麦中混有杂质或病害麦粒直接影响制粉的平安消费、成质量量及食品的平安和卫生。
因此，小麦在制粉之前必需将混在其中的各种杂质彻底清算洁净。
小麦中的杂质种类很多，不能够用一种设备将各类杂质一次清算洁净，必需将各种不同作用原理的设备组合运用。
用筛理设备分别出与小麦体积不同的杂质，用去石机分别出比麦粒比严重的石子，用精选设备分别出与小麦外形不同的杂质，用磁选器去除磁性杂质，用打麦机和刷麦机清算小麦外表等等。
而且相反的设备还要重复运用，才干到达理想的清算效果。
图2-1是小麦初清流程图。
〔a〕
原粮→卸粮坑→斗提机→初清筛→高效振动筛〔2〕→垂直吸风道
↓
毛麦仓←刮板保送机←斗提机←磁选器←垂直吸风道
〔b〕
图2-1小麦初清流程图
注：
括号内数字表示设备数量。
原粮倒入卸粮坑后由斗式提升机送入初清筛肃清大杂。
清算过的小麦自动流入高效振动筛，由头道筛去除中杂，筛下小麦流过二道筛去掉草籽等小杂。
完成后小麦自动流入垂直吸风道，吸除麦糠等轻型皮壳类杂质。
经磁选后，由斗式提升机、刮板保送机等设备保送入毛麦仓贮存待用。
一切的麦仓出口均装置配麦器，用于不同种类小麦的搭配加工。
混入小麦中的灰尘等纤细杂质由风机从各设备中吸除，经布筒式脉冲除尘器和沙克龙除尘器高效分别后，经关风器送入灰房密闭保管
初清的目的是去除小麦中的大杂，如砖头、瓦块及绳头号，并尽能够地去掉局部的小杂和轻杂，以防止这些杂质影响机器的正常任务及物料的活动和出仓，并增加物料中的灰尘含量。
2.1.2小麦清算工艺流程
小麦清算流程共设了三筛，两打，两去石，两精选，一洗麦，三磁选，四风选，三着水，两润麦。
详细流程如图2-2所示。
除杂方法组合的基本原那么是先易后难、先粗后精、先危害大的后危害小的。
依照这样的原那么，首先采用高效振动筛除大中杂、小杂和轻杂，然后采用比重分级去石机去除石子，再用精选机去除与麦粒大小、比重相近的球形或细长形杂质。
之后再停止小麦外表清算，先应用打麦机对小麦停止打击，经过撞击和摩擦作用使麦粒外表和腹沟内的尘土、局部的麦毛和麦皮零落，接着用第二道筛将这些杂质筛出，并同时筛出比麦粒略大的中型杂质。
在打麦的进程中还可将一些泥块、炉渣打碎并筛出。
这样即完成了毛麦清算进程。
在小麦着水和润麦之后，再重复以上进程停止光麦清算，以到达除杂尽净的目的。
在小麦清算流程中运用洗麦机清洗麦粒表污，去石洗麦机还可以去除麦中的石子。
流程中智能化的着水控制仪可以准确地控制物料的水分。
在小麦清算进程完成行将入磨前，又设了一道喷雾着水机。
这道工序是以雾化水使麦粒外表湿润，使麦皮的韧性添加，降低麦皮在研磨进程中的破碎。
喷雾着水之后设了净麦仓，使麦粒外表水分被吸收。
同时该仓还起到平衡、缓冲流量的作用，保证清算和制粉工段的流量动摇。
图2-2小麦清算流程图
2.1.3小麦制粉工艺流程
制粉工段是面粉消费系统的中心，其技术水平的上下与整个系统的消费效率、产质量量的关系最为亲密，所以制粉工艺流程多年来不时是人们研讨制粉技术的重点。
最早且最复杂的工艺流程只设4～5道磨，中间物料不停止粗细分级，延续地停止〝磨-筛-磨-筛…〞的进程，即所谓的〝一条龙〞。
其后的开展是在流程中添加了心磨系统，将中间物料停止粗细分级，粗的物料入皮磨系统,细的物料入心磨系统。
这样粗细不同、质量不同的物料区分停止研磨筛理，提高了工艺效果和产质量量。
再后来又添加了渣磨和尾磨，使物料的分级愈加细致，并且在系统中运用了清粉机，将心磨的物料进一步提纯，心磨系统运用光辊和松粉机，减低麸星的发生，这就是现代的制粉工艺。
世界上制粉技术先进的国度如瑞士、英国、意大利等国度如今采用的都是这样的工艺。
我国在20世纪70年代之前，小麦加工以消费规范粉为主，对面粉质量的要求不高，而要求有较高的单产，所以运用的工艺比拟复杂，大致上都是四皮（或五皮）、四心、二渣，全部用齿辊，不设清粉机。
到了70年代中前期，粮食购销逐渐放开，面粉供应充足，对面粉质量的要求也随之提高，制粉工艺也随之发作了变化。
本课题所研讨的制粉流程设计了四道皮磨（B）、八道心磨（M）、一道渣磨（s）和两道尾磨（T），另外还配置了八道清粉（P）、四道打麸（Br）和一道刷麸。
这是一个路途长度适中、功用完全的工艺流程。
〔1〕皮磨系统
皮磨的作用是剥开麦粒，刮下大粒状的胚乳送往渣磨和心磨系统，并逐道地刮净麸皮上残存的胚乳。
同时还要尽量坚持麸片的完整，防止麦皮过碎而混入面粉中。
2皮不分粗细，3皮和4皮分粗细，有利于提高研磨效果。
虽然未设5皮，但在系统的后路装备了四道打麸和一道刷麸，足以保证对麸片的处置效果。
各道皮磨的磨下物料，区分用平筛停止筛理分级，分出大小麸片、粗粒、粗粉及面粉。
麸片送往下道皮磨或打麸机处置；
粗粒送往清粉机进一步精选，以分出纯真的麦心送往心磨研磨成粉，其他的带皮颗粒那么送往渣磨系统继续研磨剥刮，细麸片那么去细皮磨或尾磨处置；
粗粉是十分细的胚乳颗粒，纯度较高，直接送往心磨系统。
〔2〕渣磨系统
从皮磨系统分级出来的粗粒物料，多是粘有麦皮的胚乳粒，这局部物料粒度较小，不宜送入皮磨系统，但又不是纯真的胚乳，也不宜送入心磨系统。
所以在流程中设置了渣磨系统，用磨辊将这些物料细微地研磨，使麦皮与胚乳分开，经过筛理分级后提取质量好的胚乳粒送往心磨系统。
〔3〕心磨和尾磨系统
心磨系统的作用是将皮磨系统、渣磨系统、清粉系统提取的不同粒度的胚乳粒研磨成粉，同时最小限制地磨碎麦皮和麦胚。
尾磨的作用是处置从皮磨、渣磨、心磨和清粉系统提出的细麸屑，经研磨和筛理后分出细麸和次麦心。
心磨系统中经光辊研磨后的物料，局部胚乳会成为粉片或粉团，这些粉片和粉团如不及时粉碎，便不能用平筛将其作为面粉提出，而被推往后路心磨重复研磨，降低了磨粉机的消费率，添加了动力消耗。
为此，心磨系统经光辊研磨后的物料，再进入撞击松粉机或打板松粉机经过撞击方式停止粉碎，然后进入平筛筛理。
尾磨和渣磨的物料含胚乳少，麦皮多，磨辊研磨力度小，不易构成粉片，所以采用了柔和的粉碎设备—打板松粉机。
〔4〕清粉系统
清粉的目的是将皮磨、渣磨提出的麦渣、麦心和硬粗粉停止精选，按质量分红麦皮、带有麦皮的胚乳和纯胚乳粒。
这样，将纯真的胚乳粒独自地送往心磨系统研磨，就可取得高质量的面粉。
清粉机的原理是风、筛结合，空气自下而上从筛面穿过，使筛上物料发生分级，重的物料在下从而穿过筛孔，轻的物料那么留在筛面上。
这样即可将物料按比重的不同停止分级。
2.2可编程控制器PLC及其与DCS比拟
可编程控制器是一台有别于普通微机的公用计算机，它能直接在工业环境中运用，不需求专门的空谐和恒温环境，它专为工业环境控制而设计制造，具有丰厚的输入、输入接口和较强的输入驱动才干。
PLC的最小系统有以下四局部组成：
①微处置器〔CPU〕②存储器〔RAM、ROM〕③输入输入单元〔I/O接口〕④电源，其结构框图如图2-3所示。
图2-3PLC的基本结构框图
PLC和DCS是以后自动控制范围两大控制系统。
PLC即可编程控制器，英文全称为ProgrammableController，早期的PLC主要用来替代继电器完成逻辑控制，其功用随着技术的开展已大大超出了逻辑控制的概念。
DCS即散布式控制系统，英文全称为DistributedControlSystem，在国际自动化行业又习气称之为集散控制系统，它是以集中式控制系统为基础结合现代4C技术开展而来的。
其二者主要的特点概括如下：
〔1〕PLC的主要特点：
顺序编制及生成复杂，运转速度快，可以很好地完成条件、顺序、计数、步进等控制功用，同时可以完成数据处置、通讯联网、实时监控等功用。
〔2〕DCS的主要特点：
功用全，采用网络通讯技术，完备的开放系统，牢靠性高，具有综合性和专业性，完成了人机对话，扩展灵敏，管理才干强，具有集中管理、分散控制的特点。
PLC和DCS有很大的不同，首先PLC和DCS的设计原理区别较大。
PLC是从模拟继电器控制原理开展起来的，它存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作指令,并经过输入和输入操作来控制各类机械或消费进程。
用户编制的控制顺序表达了消费进程的工艺要求，将其存入PLC的用户顺序存储器，运转时按存储的顺序逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。
DCS是在运算缩小器的基础上得以开展的，把一切的函数和进程变量之间的关系都做成功用块。
PLC和DCS表现的主要差异是在开关量和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些浸透，但是依然有区别。
80年代以后，PLC除逻辑运算外，也添加了一些控制回路算法，但要完成一些复杂运算还是比拟困难，PLC用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比拟费事。
但在解算逻辑方面，表现出快速的优点。
而DCS运用功用块封装模拟运算和逻辑运算，无论是逻辑运算还是复杂模拟运算表达方式都十分明晰，但相对PLC来说逻辑运算的表达效率较低。
在接地电阻方面，对PLC要求不高，但对DCS一定要在几欧姆以下〔通常在4欧姆以下〕。
关于相反I/O点数的系统来说，用PLC比用DCS好，其本钱要低一些〔大约能省40%左右〕。
PLC没有公用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护本钱比DCS要低很多。
假设被控对象主要是设备连锁、回路相对很少，采用PLC较为适宜。
假设被控对象主要是模拟量控制、并且函数运算很多，最好采用DCS。
另外PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。
2.3STEP7软件
STEP7是基于西门子公司为配置S7-300/400PLC及编程的规范软件包，它的主要功用包括：
树立和管理项目、对硬件和通讯作组态和参数赋值、管理符号、创立顺序、下载顺序到可编程控制器、测试自动系统、诊断设备缺点。
STEP7SIMATIC管理器是用户组态和编程的基础。
另外，STEP7还提供了硬件诊断（向用户提供PLC形状状况，指示各局部能否任务正常及缺点判别）功用。
为了顺运用户顺序设计的要求，STEP7为S7-300/400PLC提供了3种顺序设计的方法，或许说3种用户顺序结构，即线性编程、分块编程和结构化编程。
〔1〕线性编程。
所谓线性编程就是将整个用户顺序都放在OB1〔循环控制组织块〕中。
这种方法对处置一些复杂的自动控制义务是可以的，适于一团体停止顺序编写。
〔2〕分块编程。
将用户顺序分隔成一些相对独立的局部，每局部就是一个〝控制分块〞，每个块中包括一些指令，完成一定的功用。
这些块执行顺序由放置在组织块OB1中的顺序来确定，
〔3〕结构化编程。
在设计一个复杂的自动控制义务时，我们会发现局部控制逻辑经常被重复运用。
这种状况便可采用结构化编程方法来设计用户顺序。
编一些通用的指令块来控制那些相反或相似的功用，这些块就是功用块〔FB〕或功用〔FC〕。
在功用块中编程用的是〝形参〞，在调用它时要给〝形参〞赋〝实参〞，依托赋给不同的〝实参〞，便可完成对多种不同设备的控制，这是一个功用块能多处运用的道理。
STEP7为用户提供了三种规范化的PLC编程言语：
梯形图（LAD），语句表（STL）和功用图（FBD）。
每种言语各有优点：
LAD和FBD编辑器容易输入并且提供如拖放、复制、粘贴等功用，直观方便，且可在衔接库中运用成型的复杂功用模块完成方案。
STL运用户直接面向机器存储和控制单元，运用进程言语直接编程，愈加专业直观，用户可以随时反省每个输入的正确性，又允许用户用复杂的文本编辑器完成离线编程。
此外，STEP7还支持集中初级言语软件包，下面停止一下复杂说明：
1）与C和PASCAL言语相似的S7SCL初级文本言语，契合IEC61131.3规范；
2）适用于顺序控制的S7GRAPH；
3）以形状图方式描画异步、非顺序进程的S7HiGRAPH；
4）适用于S7及M7，以图形方式衔接已有功用的CFC言语。
2.4iFIX软件
iFIX是全球抢先的HMI／SCADA自动化监控组态软件，是当今世界工业控制范围最为盛行的上位机监控软件之一。
它集人机界面技术、控制技术、数据库技术、网络技术于一身，可完成数据采集、实时进程监控、报表查询打印、报警和报警管理、趋向剖析等功用。
由于该软件具有较强的通用性和开放性，功用弱小，牢靠性高，己被普遍运用于电力、医药、冶金、化工、食品、石油等行业的计算机监控与数据采集系统中。
iFIX任务台（Workspace）是iCore的主要组件，它提供了单点组态的功用，可以把系统的一切组件都集成在一个开发环境中，运转人员可以十分方便地访问与运用这些组件。
iFIX任务台（wrorkspace）包括编辑环境及运转环境两个完整的集成环境。
编辑环境提供了一切必需的开发工具,而运转环境是为操作员而设计的。
在运转环境下，操作员可以经过显示画面来监控消费进程。
iFIX组念软件采用了基于节点的结构方式。
关于iFIX系统来说，一台运转iFIX软件的计算机就称为一个节点，节点可以独自任务或许与其它节点相连。
不论是客户端还是效劳器都可以被看作是基于节点的iFIX网络中的一个节点，从而为iFIX提供真正的散布式以及客户/效劳器结构，为系统提供最大的可扩展性。
不论是Server与Client功用运转在单一计算机，完成复杂的单机人机界面，还是网络较为复杂的散布式多Sverer与多Client的数据采集及控制系统，iFIX都可以满足各种运用类型及运用规模的需求。
iFIX组态软件主要以监控与数据采集（SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA）为中心，提供了数据采集、数据管理及人机界面三种最基本的功用。
数据采集通常是指系统从现场获取数据并将其加工成可应用的某种方式。
iFIX组态软件不需运用特别的硬件就能取得数据，它可以经过I/O驱动器的软件接口与现场I/O设备直接通讯来读取数据并将其传送到驱动顺序映象表（DriverImageTable，DIT）中。
另外，经过iFIX组态软件还可以向现场写数据，从而树立控制软件所需的双向衔接。
数据管理就是指各子运用软件依据需求对iFIX取得的数据停止处置及传送的进程。
数据管理包括由扫描、报警、控制顺序（ScanAlarmControl，SAC）从DIT中读取数据、将其停止处置并传送至进程数据库（PDB）中，外部数据库访问软件从进程数据库（PDB）中读取数据，并将其传送至需求的运用中等外容。
另外，iFIX组态软件还可以将数据依照与上述流程相反的顺序写入进程硬件。
在传统方法中，操作员都是经过控制室的面板来操作设备的，而iFIX组态软件把传统的控制面板变成了计算机与一个图形屏幕，即人机界面，取代或增强了传统控制室的功用，如监控、报警与报表等功用。
2.5系统控制方案
2.5.1控制系统组成及原理
控制系统以PLC为中心，终端计算机经过通讯电缆与PLC的CPU相连以实时监控其工艺流程中的设备，而PLC的I/O模块又经过控制柜的执行器件控制现场设备。
系统监控管理软件为GEFanu
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