粮食烘干机自动控制系统设计_毕业论文

江苏科技大学

计（论文）

本科毕业设

学 院 电子信息学院

专 业 电气工程及其自动化专业

学生姓名

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班级学号

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指导教师

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二零 年六月

二零年六月

江苏科技大学本科毕业论文

江苏科技大学本科生毕业设计（论文）

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摘 要

我国至今为止，各项事业蓬勃发展，尤其是粮食生产加工的发展一直受到国

家党中央的高度重视。粮食生产是国家发展的根基，万民平安和谐发展的源头。

而每年由于粮食烘干不及时而造成的粮食腐烂、浪费给国家民生和经济都会造成

巨大的损失，所以解决粮食的烘干问题具有很大的意义。

巨大的损失，所以解决粮食的烘干问题具有很大的意义。

本课题主要是在JX-300X组态软件包的基础上，对粮食烘干机自动控制系统

进行组态((包括主机、操作站、数据转发卡、I/OI/O卡件、I/OI/O测试信号点、回路、

进行组态包括主机、操作站、数据转发卡、卡件、

流程图等的设置))、编译、监控。通过控制粮食在烘干塔内的停留时间与干燥过程

流程图等的设置

中干燥段和冷却段入口风的温度与压力来控制烘干塔出口处的粮食含水量，使其

出口处的粮食含水量达到14±±0.5%左右，以满足国家粮食的储存标准。最后，通左右，以满足国家粮食的储存标准。最后，通

140.5%

过现场试验，模拟储存仓的单回路控制，来控制粮仓储量以及粮食下放的流量。

同时，通过毕业设计充分了解了JX-300X组态软件的强大，也希望本课题可以作

为基于JX-300X组态系统等相关试验的参考依据。

组态系统等相关试验的参考依据。

关键词 ：

粮食烘干机；自动控制系统；组态；监测

I

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Abstract

Our country so far, the cau of vigorous development, especially the

development of food production and processing of the CPC Central Committee has

always attached great importance by the state. Food production is the foundation of

national development, and the people safe and harmonious development of the source.

And every year due to grain drying is not timely rot caud by food waste to the

country's livelihood and the economy will result in huge loss, so to solve the problem

of food drying of great significance.

The main subject is in the JX-300X configuration package, bad on the grain dryer

automatic control system configuration (including the host, operating station, data

forwarding card, I / O cards, I / O test signal points , loop, flow charts and other

ttings), compiling, monitoring. Food in the drying tower by controlling the residence

time of the drying process of drying and cooling ctions with the inlet air pressure to

control the temperature at the outlet of the drying tower grain moisture content, grain

moisture content at the outlet to reach 14 ± 0.5 percent, in order to meet national food

storage standards. Finally, field tests, simulated storage silos single-loop control, to

control the granary rerves and food decentralized traffic. Meanwhile, graduation

design fully understand JX-300X powerful configuration software also hope this

project can rve as JX-300X-bad configuration system and other related tests of

reference.

Keyword

：

Grain dryer Automatic control system Configuration Monitor

；；；

II

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目 录

............................................................................................................. 1

第一章 绪论

1.1研究背景

.................................................................................................................. 1

1.2 国内外研究现状与研究的局限性

......................................................................... 1

1.3 本文的主要研究内容

............................................................................................. 4

第二章 JX-300组态软件介绍

........................................................................ 5

2.1 JX-300组态软件简介

.......................................................................................... 5

2.2 集散控制简介

......................................................................................................... 6

2.3 SCKey组态软件特点

.............................................................................................. 6

.............................................................................................. 7

第三章 烘干机简介

3.1 粮食的干燥原理

..................................................................................................... 7

3.2 粮食的干燥条件

..................................................................................................... 7

3.3 干燥设备的分类

..................................................................................................... 8

第四章系统组态设计

........................................................................................... 9

4.1整理硬件及I/O信息，分配测点

.......................................................................... 9

4.2 建立组态文件

....................................................................................................... 11

4.3 主机设置与操作站设计

....................................................................................... 12

4.4 控制站I/O组态

................................................................................................... 13

4.5 控制方案的组态

................................................................................................... 14

4.6 操作小组组态

....................................................................................................... 17

........................................................................ 24

第五章 仿真与现场模拟调试

5.1系统总貌实时监控画面分析

................................................................................ 24

5.2 系统控制分组实时监控画面分析

....................................................................... 24

5.3 ............................................................................................ 25

系统监控趋势图分析

5.4 系统流程图监控图分析

....................................................................................... 26

5.5 系统一览监控图分析

........................................................................................... 26

5.6现场模拟调试

........................................................................................................ 27

结 论

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第一章 绪论

1.1

研究背景

我国是传统的农业生产大国，保证粮食生产是关系到国民经济的关键所在。

在现今土地资源日益减少的情况下，农产品问题更加重要。提高现有农产品质量

和产量就必须重视谷物的机械化干燥问题。对于粮食的生产和消费，我国是世界

上最大的国家，年粮食总产量约55亿吨。据统计，在我国，粮食收获后在脱粒、晾

上最大的国家，年粮食总产量约

晒、贮存、运输等处理过程中的损失率高达1515％，％，远远超过55％的联合国粮农组织

运输等处理过程中的损失率高达15远远超过

所规定的标准。在上述的这些损失中，究其原因，每年气候潮湿，刚刚收获的潮

湿粮食来不及晒干或未达到安全规定储存水分造成霉变、发芽等原因造成的损失

的粮食量高达55％，若按粮食年产量55亿吨来计算，相当于25002500万吨粮食。若按照万吨粮食。若按照

的粮食量高达％，若按粮食年产量亿吨来计算，相当于2500

每人每天食用一斤粮食计算，足够66．8万人一年的粮食用量。在南方地区霉雨季

每人每天食用一斤粮食计算，足够

节偏长的省份(粮食霉烂损失率每年高达(比如江苏、湖北、上海、浙江以及安徽) )

节偏长的省份浙江以及安徽

10％左右，而对于东北地区，平均每三年的麦收时期就有一年是雨季，粮食收获％左右，而对于东北地区，平均每三年的麦收时期就有一年是雨季，粮食收获

10

后特别需要用粮食干燥机械对粮食及时烘干处理，由此可见，粮食干燥是一个不

容忽视的环节。因此，发展和改进粮食干燥机械化技术，改变靠天吃饭的传统被

动局面，使到手的粮食损失降低到最低点。通过运用粮食烘干机烘干粮食再储存，

可以大大的减少以上出现的多项问题。并且粮食烘干机具有自己的特点，既不受

天气的干扰制约，而且能实现粮食干燥的机械化、而且能实现粮食干燥的机械化、自动化，自动化，干燥时间短、干燥时间短、功效高、功效高、

天气的干扰制约，而且能实现粮食干燥的机械化、自动化，干燥时间短、

投资少。从这一意义上说，粮食的干燥技术也是现代化比田间农业的重要手段，

也是粮食丰产、丰收的重要保障条件。

也是粮食丰产、丰收的重要保障条件。

1.2 国内外研究现状与研究的局限性

1．国内粮食干燥技术的发展历史

．国内粮食干燥技术的发展历史

我国关于粮食干燥机械方面的推广发展大概有5050多年历史，从解放初期开始多年历史，从解放初期开始

我国关于粮食干燥机械方面的推广发展大概有50

仿制日本、苏联等国家的烘干技术开始的，在当时的年代，粮食烘干机基本在大

型农场和粮库应用，6060——70年代我国自主设计了多种中、小型粮食烘干机，它们年代我国自主设计了多种中、小型粮食烘干机，它们

型农场和粮库应用，6070

多数使用在农场生产队和农村生产联队。8080——90年代间设计生产了多种大、中型年代间设计生产了多种大、中型

多数使用在农场生产队和农村生产联队。8090

粮食烘干机，主要应用于国营农场等地方，主要用于烘干玉米和小麦。9090年代之年代之

粮食烘干机，主要应用于国营农场等地方，主要用于烘干玉米和小麦。90

1

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后，随着改革开放的深入进展，农村经济方面和生产力方面水平有了较大的提高，

集约化、专业化的规模经营也有了更多的发展，尤其从19971997年起，国外通用型干年起，国外通用型干

集约化、专业化的规模经营也有了更多的发展，尤其从1997

燥机和种子专用干燥机等进入我国市场，这使我国干燥机械开始逐步普及，而且

另一方面也带动了南方水稻产区粮食烘干机械化技术的发展。当前，当前，浙江、江苏、

另一方面也带动了南方水稻产区粮食烘干机械化技术的发展。

广东、福建等地这种干燥机基本己达20002000多台。尤其是国有农垦系统、大型粮库多台。尤其是国有农垦系统、大型粮库

广东、福建等地这种干燥机基本己达2000

的粮食和种子生产基地，逐步装备起了成套的粮食烘干设备，并且与加工、储存

等设施构成一体化，成为了我国粮食烘干设备的主要应用代表。而且一些有关科

研单位和一些大专院校也相继研制出了不错的粮食烘干设备，以此应用于国内农

业和粮食系统。粮食烘干设备的发展与应用，逐渐使得粮食生产机械化技术走向

成熟与完善，同时这也加快了农业生产进步的现代化步伐。

成熟与完善，同时这也加快了农业生产进步的现代化步伐。

2．国内谷物干燥的现状与发展趋势

．国内谷物干燥的现状与发展趋势

虽然中国的粮食烘干机械有近5050年的发展历史，但是从一个全国性的角度来年的发展历史，但是从一个全国性的角度来

虽然中国的粮食烘干机械有近50

看，中国的粮食干燥仍然有很多突出的矛盾：对整体而言粮食烘干能力仍然不足，

粮食烘干后质量依然较差，烘干的能源成本高，缺乏合适的经营模式，推广使用

效果不佳等。目前，中国的主要谷物烘干机械主要应用于大型粮食存储仓库，国

有土地农垦系统的种子，商品粮基地与大型粮食烘干机，广大的农村地区现以自

然干燥为主。随着农村劳动力的转移和粮食产量的逐步提高，仅仅依靠大型粮库

和农垦部门来采用大型粮食烘干机械烘干粮食的工作方式已经远远不能及时有效

地完成应有的粮食干燥工作，同时大型的粮食烘干设施投建成本过高，占地面积

过大，在农闲期间就只能闲置不用，增加了运营等成本费用，这样就难以实现粮

食干燥服务的市场化和社会化，不适合大量地建造推广。因此，发展中、小型粮

食烘干机自动控制设备来作为大型粮食烘干设备的补充形式，将更加适合在农村

和农户中推广使用，这也是提高我国粮食烘干机械化应用水平的有效途径，也将

是未来我国粮食烘干设备机械化技术的发展方向。

是未来我国粮食烘干设备机械化技术的发展方向。

3、对于美国苏联等发达国家，他们的粮食干燥机械技术的发展基本是在20

世纪40年代左右开始的，50-6050-60已取得很大程度的进展，已基本具备机械化的粮已基本具备机械化的粮

年代左右开始的，已取得很大程度的进展，

食烘干机，粮食烘干技术在粮食烘干技术在60-70年内已实现自动化的发展,70-80,70-80年间，研究目研究目

食烘干机，年内已实现自动化的发展年间，

标开始转向粮食干燥机械设备的节能，高品质，高效率，降低成本，以及计算机

控制的发展方向，9090年后的粮食烘干设备已达到标准化，系列化的程度。随着粮

控制的发展方向，

2

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食烘干设备的快速发展，世界上的多数发达国家在粮食生产时基本都采用粮食烘

干机械设备。如日本约90％的大米、％的大米、美国约85％的玉米均使用机械来干燥，％的玉米均使用机械来干燥，这些

9085

国家计算机技术发展迅速，基本上都是通过计算机来开展试验的模拟，设备的设

计和整体管理，自动化程度高。根据食物的主要用途，侧重于维护食品质量和品

质，采用低能耗技术，选择干燥工艺参数，效果是比较成功的。日本是粮食干燥

地区机械化程度在世界上最高的之一。日本采取政府补贴，并全面实施支持服务，

以支持日本粮食烘干机以及农业的发展。其集约化生产程度较高，粮食烘干机械

化率已经基本达到了92％，％，走上了一系列农业生产和产业化。日本机械化谷物干日本机械化谷物干

92走上了一系列农业生产和产业化。

燥的发展历史经历了平床干燥机站，依次循环式干燥机，最后是连续运动式干燥

机。对于干燥方法日本主要采用两种（小型烘干机主要是循环干燥设备，大型粮

食烘干燥机械和设备大多是连续移动）。，日本主要有两种方法来促进其国民使

用粮食烘干机，一种主要是由农业协会建立的大型粮食烘干中心，另一个是由一

个单一的家庭或生产商使用的小型粮食烘干机组合购买，一般的农民多采用后者

的方法，以提高粮食的品质，也是为了增加收入。在粮食烘干机的推广方面的功

劳主要可以归结为日本农业协会，成员在分析经济的基础性作用后，一般投资于

股票的股份，自负盈亏，自我管理，在操作的主体作用下，通过在各种基层组织

来提供植物的选择和服务，更重要的是，要帮助建立与服务中心相结合的干燥方

法，使用由制造商提供的设备，为广大农民粮食烘干设备提供处理，存储和服务。

4.目前粮食烘干机械化发展存在着认识上的误区：首先，我国人多地少，我目前粮食烘干机械化发展存在着认识上的误区：首先，我国人多地少，我

4.

国农民实行家庭联产承包制度，经营规模一般较小、收入低低，没有发展机械化

干燥的必要。二是认为自然的干燥手段比机械干燥要优越。实际上刚刚收获的粮

食在一个小时之内及时干燥与放置数个小时甚至数日再进行干燥相比，最后的米

质将大不一样。比如在日本，粮食含水率约为2424％，如果放置％，如果放置1010小时再进行机械小时再进行机械

质将大不一样。比如在日本，粮食含水率约为24％，如果放置10

烘干，就只能用作饲料粮。而收后直接干燥处理的稻谷，价格高于我国米价11～10

价格高于我国米价

倍。三是认为用机械来烘干粮食投资较大、成本较高，农民普遍可能承受不了。

根据诸多方面的调查分析，一套干燥设备25基本可以使用1525万元到万元到120120万元不等，万元不等，15

一套干燥设备25万元到120基本可以使用

年，约33～6年便可收回成本，这样投资回报率也不算低；再者，机械干燥的直接

年，约

成本与人工自然干燥方式相比，前者大大低于后者；如若综合分析进行规模化作

业生产和计算粮食破碎、抛洒、损失、霉烂品质下降等因素，自然干燥成本是机

3

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械干燥成本的33倍多。相比之下，相比之下，机械干燥是节本增效之举。机械干燥是节本增效之举。此外，此外，由于缺乏现有由于缺乏现有

械干燥成本的倍多。相比之下，机械干燥是节本增效之举。此外，

的可供借鉴的发展模式、运行机制及管理体制，增加了开展此项工作的难度

。

5.许多专家学者对粮食烘干技术推广方面都做了不同程度研究，但是由于我许多专家学者对粮食烘干技术推广方面都做了不同程度研究，但是由于我

5.

国在粮食烘干机械的推广方面受政策性的影响比较大，所以适应市场经济自主发

展的机会相对较少，最终导致粮食烘干机械的推广应用效果并不理想，虽然国内

越来越多的专家已经开始从方方面面来研究粮食烘干机在使用成本方面的问题，

但是很多的也只是从实验的角度出发，考虑如何降低粮食烘干使用成本的问题，

但在结合实际应用情况下，以及选择什么样的运营模式来进行综合分析的人则很

少。而且实际上因为在粮食烘干推广领域，由于采用不同推广运营模式会带来使

用成本的很大变化。希望研究结果可作为进行科学合理选用和推广谷物烘干机械

的参考依据。

的参考依据。

1.3 本文的主要研究内容

本文在对粮食烘干机的总体框架、工作原理进行深入了解之后，首先对粮食

烘干机进行框架设计，将其转化为实验软件JX-300JX-300组态软件环境下的实验对象。组态软件环境下的实验对象。

烘干机进行框架设计，将其转化为实验软件JX-300

对粮食烘干机的各个部分进行设计，组态，构成一个完整的实验对象。

对粮食烘干机的各个部分进行设计，组态，构成一个完整的实验对象。

其主要内容如下：

其主要内容如下：

（1） 讲述相关知识背景，即粮食烘干机的组成，工作原理以及在国内外的发展

状况。

状况。

（2） 对粮食烘干机工作原理进行综述，解析粮食烘干机工作机理。

对粮食烘干机工作原理进行综述，解析粮食烘干机工作机理。

（3） 对粮食烘干机控制系统的主要工作部分在JX-300JX-300组态软件环境下进行软件组态软件环境下进行软件

对粮食烘干机控制系统的主要工作部分在JX-300

组态，仿真。并详细讲解了组态过程以及简单的硬件介绍。

组态，仿真。并详细讲解了组态过程以及简单的硬件介绍。

（4） 利用现有的实验器材，对组态好的软件系统进行个别部分的现场试验、调

试，以深入掌握粮食烘干机工作原理。

试，以深入掌握粮食烘干机工作原理。

4

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第二章 JX-300组态软件介绍

2.1 JX-300组态软件简介

JX-300X的基本组成包括工程师站（的基本组成包括工程师站（ESES）、操作站（）、操作站（OSOS）、控制站（）、控制站（CSCS）和通）和通

JX-300X的基本组成包括工程师站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS

讯网络SCnet II 。通过在JX-300XSCnet JX-300X的通讯网络上挂接总线变换单元（的通讯网络上挂接总线变换单元（BCUBCU）可实现）可实现

讯网络。通过在JX-300X的通讯网络上挂接总线变换单元（BCU

与JX-100、、JX-200、、JX-300系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（CIUCIU））

JX-100JX-200JX-300系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU

可实现JX-300XJX-300X与与PLC等数字设备的连接；等数字设备的连接；通过多功能计算站（MFS））和相应的应用

可实现JX-300XPLCMFS

软件AdvanTrol-PIMSAdvanTrol-PIMS可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络

软件AdvanTrol-PIMS

（Intranet）环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录）环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录

Intranet

与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过

程报表生成与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理、控制全集成综合

自动化。X-300XX-300X覆盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成覆盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成

自动化。X-300X

的用户界面及信息存取功能，除了具有模拟量信号输入输出、数字量信号输入输

出、回路控制等常规DCS还具有高速数字量处理、高速顺序事件记录（SOE）、DCS的功能，的功能，）

回路控制等常规DCSSOE

可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功能块图（SCFBDSCFBD）、梯形图（）、梯形图（SCLDSCLD））

可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功能块图（SCFBD）、梯形图（SCLD

等直观的图形组态工具，又为用户提供开发复杂高级控制算法（如模糊控制）的

类C语言编程环境SCXSCX。系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到。系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到

语言编程环境SCX

全厂范围的自动化集成。JX-300X控制站以先进的微控制器（30MHZ Philips P51XA）控制站以先进的微控制器）

JX-300XP51XA

为核心，提高了系统的实时性和控制品质，系统能完成各种先进的控制算法：过

程管理级采用高性能CPU以适合集散控CPU的主机和的主机和WINDOWS95/NTWINDOWS95/NT的多任务操作系统，的多任务操作系统，

程管理级采用高性能CPU的主机和WINDOWS95/NT

制系统良好的操作环境和管理任务的多样化；过程控制网络采用双重化EthernetEthernet

制系统良好的操作环境和管理任务的多样化；过程控制网络采用双重化

网技术，使过程控制级能高速安全的协调工作，做到真正的分散和集中。

网技术，使过程控制级能高速安全的协调工作，做到真正的分散和集中。

高速、可靠、开放的通讯网络SCnet II JX-300X系统控制网络SCnet Ⅱ连接SCnet II JX-300XSCnet

高速、可靠、开放的通讯网络系统控制网络

工程师站、操作站、控制站和通讯处理单元。通讯网络采用总线形或星形拓扑结

构，曼彻斯特编码方式，遵循开放的TCP/IPⅡ采用TCP/IP协议和协议和IEEE802.3IEEE802.3标准。标准。SCnet

遵循开放的TCP/IP协议和IEEE802.3

1∶1冗余的工业以太网，TCP/IPTCP/IP的传输协议辅以实时的网络故障诊断。其特点是的传输协议辅以实时的网络故障诊断。其特点是

冗余的工业以太网，TCP/IP

可靠性高、纠错能力强、通信效率高。通讯速率为10MbpsⅡ真正实现了10Mbps。。SCnet

可靠性高、纠错能力强、通信效率高。通讯速率为10Mbps

控制系统的开放性和互连性。通过配置交换器(SWITCH)(SWITCH)，操作站之间的网络速度，操作站之间的网络速度

控制系统的开放性和互连性。通过配置交换器(SWITCH)

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能提升至100Mbps而且可以接多个SCnet Ⅱ子网，形成一种组合结构。每个SCnet 100Mbps，，SCnet SCnet

能提升至100Mbps而且可以接多个每个

Ⅱ网理论上最多可带10241024个节点，最远可达个节点，最远可达10,00010,000米。目前已实现的网络可带载米。目前已实现的网络可带载

Ⅱ网理论上最多可带1024个节点，最远可达10,000

15个控制站和个控制站和3232个其它站。个其它站。

15个控制站和32个其它站。

2.2 集散控制简介

集散控制系统（Distributed Control System --DCS），是一种以微处理器Distributed Control System --DCS

集散控制系统（

为基础的分散型综合控制系统。DCS综合了计算机技术，综合了计算机技术，网络通讯技术、自动控制

DCS

技术、冗余及自诊断技术等先进技术，采用多层分级的结构形式，适应现代化生

产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。

产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。

由于DCS系统的许多功能及匹配参数需要根据具体场DCS系统的通用性和复杂性，系统的通用性和复杂性，

由于DCS

合有用户决定。例如：系统采集什么样的信号、采用何种控制方案、怎样控制、

操作时需显示什么数据、如何操作等等。另外，为适应各种特定的需要，集散系

统备有丰富的I/O各种控制模块及多种操作平台，用户一般根据自身的要求I/O卡件、卡件、

统备有丰富的I/O

选择硬件设备，有关系统的硬件设备的配置情况也需要用户提供给系统。当系统

需要与另外系统进行数据通讯时，用户还需要将系统所采用的协议、使用的端口

告诉控制系统。以上需要用户为系统设定各项参数的操作即所谓的“系统组态” “系统组态”。

以上需要用户为系统设定各项参数的操作即所谓的

SUPCON DCS的组态工作通过组态软件的组态工作通过组态软件SCKeySCKey来完成。来完成。该软件用户界面友好，该软件用户界面友好，操操

DCS的组态工作通过组态软件SCKey来完成。该软件用户界面友好，

作方便，充分支持各种控制方案。SCKey组态软件将帮助工程师有序且系统地完成组态软件将帮助工程师有序且系统地完成

SCKey

“系统组态”这一复杂工作。

“系统组态”这一复杂工作。

2.3 SCKey组态软件特点

SUPCON DCS系统的SCKeySCKey组态软件是一个全面支持该系统各类控制方案的组组态软件是一个全面支持该系统各类控制方案的组

系统的系统的SCKey

态软件平台。该软件是运用面向对象（OOP）技术和对象链接与嵌入（OLE2）））技术，

OOPOLE2

基于中文WindowsWindows系列操作系统开发的系列操作系统开发的3232为应用软件。为应用软件。

基于中文Windows系列操作系统开发的32为应用软件。

SCKey组态软件通过简明的下拉菜单和弹出式对话框建立友好的人机对话界组态软件通过简明的下拉菜单和弹出式对话框建立友好的人机对话界

SCKey

面，并大量采用WindowsWindows的标准控件，的标准控件，是操作保持了一致性，是操作保持了一致性，易学易用。易学易用。该软件采该软件采

并大量采用Windows的标准控件，是操作保持了一致性，易学易用。

用分类的树状结构管理组态信息，使用户能清晰把握系统的组态状况。另外，SCKey

组态软件还提供了强大的在线帮助功能，当用户在组态过程中遇到了问题，只须

按F1键或选择菜单中的帮助项，就可以随时得到帮助提示。键或选择菜单中的帮助项，就可以随时得到帮助提示。

F1键或选择菜单中的帮助项，就可以随时得到帮助提示。

6

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第三章 烘干机简介

3.1 粮食的干燥原理

所谓粮食烘干，就是通过某些特定的方法，将粮食中多余的水分排出，保留

适当的少量的水分最终以达到安全存储粮食的目的。粮食烘干的过程就是使粮食

中排出的多余的水变成水蒸汽，然后再利用粮食周围的干燥介质（本课题采用的

干燥介质是干燥的空气）所吸收，最终达到粮食干燥的目的。干燥的总体过程可

以归纳为两种基本过程：（1）干燥过程中粮食内部的水分在被加热之后沿毛细管

扩散的粮食外壳的表面（（2）粮食外壳表面的水分再被干燥介质带走。但是，但是，如果如果

扩散的粮食外壳的表面粮食外壳表面的水分再被干燥介质带走。但是，

仅仅是在常温下区干燥粮食，水分挥发的会非常慢。所以，为了加快粮食的干燥

速率，就需要做一些辅助措施。最基本的就是增加粮食和干燥介质的温度，增加

干燥介质的相对流动速度等。本课题中，谷物干燥机在工作时，粮食经过四个不

同的阶段（即两个干燥段与两个冷却段），经过的路程相对较长，热风在鼓风机

的作用下，吹进干燥段对粮食进行干燥，带走大部分水分。在冷却段，温度相对

较低，在进一步干燥粮食的基础上也会降低粮食的温度，使其温度更接近常温，

以便于保存。以此就可以平稳高效地完成整个干燥过程。

以便于保存。以此就可以平稳高效地完成整个干燥过程。

3.2 粮食的干燥条件

粮食烘干条件，就是指对干燥过程有影响的各种主要因素的总和，例如：干

燥介质的温度、干燥速度、干燥时间等。粮食干燥的主要目的，就是为了降低粮

食水分的含量，使粮食在储存过程中，有较好的稳定性。粮食在干燥后不应降低

粮食的固有品质，而应尽可能地改善粮食的不同用途的品质、食用品质和加工工

艺品质。粮食在干燥过程中，由于需要及时去除水分，往往采用较高温度的干燥

方法，既要在短时间内，较经济地进行干燥作业，又要保证粮食品质不发生劣变，

这就要选用合理的干燥条件。所谓合理的干燥条件，是指影响干燥过程的各种主

要参数((干燥介质的温度、速度、湿度等))的合理组合。选择干燥条件，主要依据

要参数干燥介质的温度、速度、湿度等

粮食的种类、成熟度、原始水分和不同用途等，综合分析并有侧重地选择。不同

干燥方法，不同的粮食烘干机，不同的粮食品种，则需不同的干燥条件，以尽可

能减少烘干对粮食品质的不良影响。

能减少烘干对粮食品质的不良影响。

7

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3.3 干燥设备的分类

粮食干燥设备的类型多种多样，但基本原理都是利用干燥介质的热能，使粮

食中的水分蒸发，达到干燥降水的目的。按干燥设备的产量来分，可分为大型、

中型和小型干燥机；按干燥对象种类来分，可以分为专用型和多用型干燥机；按

加热方式分，可分为对流式、传导式与辐射式；按干燥介质的温度分，可分为高

温、常温和低温干燥机；按空气与粮食的相对运动分，可分为顺流式、逆流式、

横流式和混流式干燥机；按可否移动分，可分为固定式和移动式干燥机；按干燥

容器内气压来分，可分为常压干燥机和真空干燥机等。

容器内气压来分，可分为常压干燥机和真空干燥机等。

8

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第四章 系统组态设计

众所周知，粮食烘干机是农业生产中的一种常见设备。对于粮食烘干机，干

燥介质的温度、流量以及两层厚度将直接影响最终粮食烘干的结果。当干燥介质

的温度、流量不符合烘干条件时，会使烘干后的粮食达不到既定的标准甚至出现

废粮造成浪费。因此，对粮食烘干机干燥介质的温度、流量都需要严加控制。

废粮造成浪费。因此，对粮食烘干机干燥介质的温度、流量都需要严加控制。

本课题主要设计粮食烘干机框架，对其基本工作原理进行研究、仿真、模拟。

其基本框架如图所示。

4-1

所示。

含水分

粮食

粮食

粮食干燥

初步

筛选

（除

杂）

杂）

储存

仓

1

（手

操器

控制

烘干设备主体

（两个单回路

控制，一个串级

控制）

控制）

储存

仓

2

（单

回路

控制）

粮食

粮食

图粮食烘干机基本框架

4-1

粮食烘干机基本框架

4.1 整理硬件及I/O信息，分配测点

根据前期设计的粮食烘干机的总体框架，其I/O I/O组态中的组态中的I/OI/O点分配如表点分配如表4-14-1。。

根据前期设计的粮食烘干机的总体框架，其I/O组态中的I/O点分配如表4-1

表4-1 I/O 测试点详细分配

测试点详细分配

位号 描述 量程 备注

位号描述量程备注

W-101 谷物初始水分检测 0—100% 4—20 mA

W-1021 干燥段2谷物水分检测 0—100% 4—20 mA

W-103 出口谷物水分检测 0—100% 4—20 mA

T-101 干燥段1入口风温度 0—100℃℃

T-103 冷却段1入口风温度 0—100℃℃ K型热电偶

P-101 干燥段1入口风压力 0—100Pa 4—20 mA

P-102 冷却段1入口风压力 0—100Pa 4—20 mA

Fa-101 储存仓1调节阀 0—100% 4—20 mA

Fa-102 储存仓2调节阀 0—100% 4—20 mA

Fa-103 冷却段空气调节阀 0—100% 4—20 mA

C-101 储存仓1粮食储量 0—100% 4—20 mA

谷物初始水分检测

谷物水分检测

出口谷物水分检测

入口风温度100

入口风温度100型热电偶

入口风压力

入口风压力

调节阀

调节阀

冷却段空气调节阀

粮食储量

K型热电偶

型热电偶

9

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C-102 储存仓2粮食储量 0—100% 4—20 mA

N-104 传送机4电机转速检测 0—4000n/min 电压1—5V

NL-101 冷却段鼓风机转速检测 0—4000n/min 电压1—5V

KON-101

KOF-101

TJ-101 传送机4电机转速调节 输出4-20mA

CJC-101 储存仓1调节回路 输出4-20mA

CJC-101 储存仓2调节回路 输出4-20mA

WNC-101 传送机4转速调节内环 输出4-20mA

WNC-101 传送机4转速调节外环 输出4-20mA

LFTJ-101 冷却段入口风温度调节 输出4-20mA

LFTJ-102 冷却段入口风压力调节 输出4-20mA

粮食储量

电机转速检测

冷却段鼓风机转速检测

泵开关指示 开关量输入（干触点）

泵开关指示开关量输入（干触点）

泵操作指示 开关量输出（干触点）

泵操作指示开关量输出（干触点）

电机转速调节

调节回路

调节回路

转速调节内环

转速调节外环

冷却段入口风温度调节

冷却段入口风压力调节

表中I/OI/O接口分为模入量、接口分为模入量、摸出量、开关量输入与开关量输出。其卡件配置是

表中I/O

根据JX-300JX-300组态软件内部硬件模拟部分配置的。机柜机笼卡件布置图如图组态软件内部硬件模拟部分配置的。机柜机笼卡件布置图如图4-24-2所所

根据JX-300组态软件内部硬件模拟部分配置的。机柜机笼卡件布置图如图4-2

示。

示。

表4-2 机柜机笼卡件布置图

机柜机笼卡件布置图

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15

冗余 冗余 冗余 冗余

冗余冗余冗余冗余

S S S S S S S S S S S S S S S S

P P P P P P P P P P P P P P P P

3 3 3 3 3 3 3 0 3 3 3 3 3 0 3 3

1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 2 2 2 0 6 6

3 3 3 3 4 4 4 0 3 3 2 2 2 0 2 3

具体的卡件及通道布置图如表4-34-3所示。所示。

具体的卡件及通道布置图如表4-3所示。

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表4-3 具体卡件配置

具体卡件配置

卡件通道

卡件通道

00 SP313 W-101 W-1021 W-103 备用

测05 SP314 T-103 备用 备用 备用 备用

点

分

配

图

序号 卡件型号

序号卡件型号

02 SP313 C-101 C-102 P-101 P-102

04 SP314 T-101 备用 备用 备用

06 SP314 N-104 备用 备用 备用

08 SP313 Fa-101 Fa-102 Fa-103 备用

10 SP322 CJ-101 CJ-102 TJ-101 备用

12 SP322 备用 LFJ-101 LFJ-102 备用

14 SP362 备用 备用 KOF-101 备用 备用

15 SP363 备用 备用 KON-101 备用 备用

00 01 02 03 04

备用备用备用

备用备用备用备用

备用备用备用

备用

备用

备用

备用备用

备用备用备用备用

备用备用备用备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

备用

由上面的卡件布置图和测点分配清单，基于基于JX-300JX-300组态软件包的组态工作就组态软件包的组态工作就

由上面的卡件布置图和测点分配清单，基于JX-300

可以顺理成章的进行了。

可以顺理成章的进行了。

4.2 建立组态文件

正式开始进行组态的时候，首先需要新建一个组态文件，将系统的配置信息

集中、完整的体现在组态文件中。新建组态文件的时候需要指定文件的存放路径

及文件名。

及文件名。

新建组态文件的时候，系统会生成（文件名）.sck.sck的组态文件，同时，在同的组态文件，同时，在同

新建组态文件的时候，系统会生成（文件名）.sck

一个目录下系统会自动生成一个和组态文件同名的文件夹。如图4-24-2所示。所示。

一个目录下系统会自动生成一个和组态文件同名的文件夹。如图4-2所示。

图4-2 组态文件与同行文件夹

组态文件与同行文件夹

该文件夹下面包含着一些小文件夹，如图4-34-3所示。所示。

该文件夹下面包含着一些小文件夹，如图4-3所示。

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图4-3 小文件夹

小文件夹

这些小文件夹具体的名称和作用如下：

这些小文件夹具体的名称和作用如下：

control：存放图形化组态文件；：存放图形化组态文件；

control：存放图形化组态文件；

flow:存放流程图文件；存放流程图文件；

flow:存放流程图文件；

lang：存放：存放SCXSCX语言文件；语言文件；

lang：存放SCX语言文件；

report：存放报表文件；：存放报表文件；

report：存放报表文件；

run：存放运行文件，如：存放运行文件，如*.scc*.scc、、*.sco等文件；等文件；

run：存放运行文件，如*.scc*.sco等文件；

temp:存放临时文件。存放临时文件。

temp:存放临时文件。

在组态中，所绘制的流程图、制作的报表、编写的程序等都需要正确的寻访

在相应的文件夹中。

在相应的文件夹中。

4.3 主机设置与操作站设计

主机设置是对系统各主控制卡与操作站在系统中的位置进行组态。本课题粮

食烘干机的组态结果如图4-44-4所示。所示。

食烘干机的组态结果如图4-4所示。

图4-4 主机设置

主机设置

操作站组态结果如图4-54-5所示。所示。

操作站组态结果如图4-5所示。

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图4-5 控制站设置

控制站设置

4.4 控制站I/O组态

主机设置完成以后，可以进行控制站的I/OI/O组态，组态，I/OI/O组态主要包括下面的一组态主要包括下面的一

主机设置完成以后，可以进行控制站的I/O组态，I/O

些内容：

些内容：

1、 数据转发卡设置；数据转发卡组态是对某一控制站内部的数据转发卡在

SBUS-S2网络上的地址以及卡件的冗余情况等参数进行组态。网络上的地址以及卡件的冗余情况等参数进行组态。

SBUS-S2网络上的地址以及卡件的冗余情况等参数进行组态。

2、 I/O卡件设置；I/O卡件设置是对卡件设置；卡件设置是对SBUS-S1SBUS-S1网络上的网络上的I/OI/O卡件型号及地址等参卡件型号及地址等参

I/OI/O卡件设置是对SBUS-S1网络上的I/O

数进行组态。

数进行组态。

3、 信号点设置；I/OI/O信号点设置在信号点设置在I/OI/O点组态画面中进行。点组态画面中进行。

信号点设置；I/O信号点设置在I/O点组态画面中进行。

对于本课题粮食烘干机其数据转发卡设置如图4-6I/O卡件设置如图4-6所示；所示；卡件设置如图4-74-7

对于本课题粮食烘干机其数据转发卡设置如图4-6I/O卡件设置如图

所示；信号点设置如图4-84-8所示（仅以所示（仅以00号地址的SP313SP313四路电流信号卡为例）。四路电流信号卡为例）。

所示；信号点设置如图4-8所示（仅以号地址的SP313四路电流信号卡为例）。

图4-6 数据转发卡设置

数据转发卡设置数据转发卡设置

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图4-7 I/O卡件设置

卡件设置卡件设置

图4-8 信号点设置（0000号地址号地址SP313SP313四路电流信号卡）四路电流信号卡）

信号点设置（信号点设置（00号地址SP313四路电流信号卡）

完成上述设置后，在组态软件界面左侧的显示区中，可以看见树状的系统结

构图，前面所组态的卡件和信号点都可以在树状结构图中找到。

构图，前面所组态的卡件和信号点都可以在树状结构图中找到。

4.5 控制方案的组态

控制方案组态是对系统中一些需要控制的信号进行组态，本课题粮食烘干机

控制方案组态中只需常规控制方案组态。JX-300系统以基本系统以基本PIDPID算式为核心进行扩算式为核心进行扩

JX-300系统以基本PID

展，设计了串级、前馈、串级前馈（三冲量）等多种控制方案。组态软件提供的

这些常规控制方案，对一般要求的常规控制，基本都能满足要求。本课题粮食烘

干机自动控制系统运用了两个手操器回路（储存仓11粮食储量调节回路与储存仓22

干机自动控制系统运用了两个手操器回路（储存仓粮食储量调节回路与储存仓

粮食储量调节回路）、两个单回路（冷却段11入口分温度调节回路与冷却段11入口

粮食储量调节回路）、两个单回路（冷却段入口分温度调节回路与冷却段

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风压力调节回路）、一个串级回路控制（传送机44电机转速调节回路）。

风压力调节回路）、一个串级回路控制（传送机电机转速调节回路）。

1、手操器回路原理图见图4-94-9，组态状况（仅以储存仓，组态状况（仅以储存仓11粮食储量调节回路

、手操器回路原理图见图4-9，组态状况（仅以储存仓

为例）见图4-104-10。。

为例）见图4-10

图4-9 手操器原理图

手操器原理图

手

操

器

MV

受

控

对

象

PV

2、回路调节原理图见图4-11组态状况（仅以冷却段14-11，，1入口风温度调节为例）

、回路调节原理图见图4-11（仅以冷却段

见图4-124-12。。

见图4-12

+

SV

PV

控制参数 手动值

控制参数手动值

图4-10 手操器回路组态

手操器回路组态

DV MV

—

单回路控制器

受控对象

受控对象

图4-11 单回路原理图

单回路原理图

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图4-12 单回路组态

单回路组态

3、单回路PIDPID控制是最常见的控制算法，在绝大多数情况下，它已经可以满控制是最常见的控制算法，在绝大多数情况下，它已经可以满

、单回路PID

足生产控制要求，但是在某些场合，这种简单的算法可能会不合要求。这些场合

包括：（11）过程可控程度差，如对象具有大纯滞后的情况；（22）过程具有明显

包括：（）过程可控程度差，如对象具有大纯滞后的情况；（

的时变特性或非线性特性；（33）扰动剧烈，而且幅度大；（44）控制性能要求较

的时变特性或非线性特性；（）扰动剧烈，而且幅度大；（

高；（5）过程参数之间存在严重关联；为了改进算法以满足上述场合的控制要求，

在单回路的基础上，开发了串级控制等有效的控制算法。在本课题粮食烘干机中

对于粮食最终的含水量一部分是通过其在烘干设备中的停留时间来决定的，换句

话说是通过控制传送机4本课题中4的电机转速来控制其在烘干设备中的停留时间。

话说是通过控制传送机

在出口处与烘干段22两处设置了两个谷物水分检测点，如若在干燥段22检测到粮食

在出口处与烘干段两处设置了两个谷物水分检测点，如若在干燥段

水分稍微偏离标准计算值，则可通过其先对传送机4而不必等到粮食出4采取措施，

则可通过其先对传送机

口处再控制而减缓了控制速度，起到及时控制的作用，是出口处的粮食水分含量

更加接近标准值，使控制效果更加。串级回路原理图如图4-134-13所示，组态状况如所示，组态状况如

更加接近标准值，使控制效果更加。串级回路原理图如图4-13

图4-14所示。所示。

4-14所示。

INSV

控制参数

控制参数

EXSDV1

+

EXM

主控制器

主控制器

+

+

串级开手自动开

—

手动值

手动值

控制参数

控制参数

INM

副控制器

副控制器

副对象 主对象

副对象主对象

/

图4-13 串级回路原理图

串级回路原理图

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图 4-14 串级回路组态

串级回路组态串级回路组态

4.6 操作小组组态

控制站的组态完成之后要进行操作站的组态。操作站的组态主要包括操作小

组的组态、标准操作画面的制作、流程图的绘制、报表制作自定义键组态。在实

际的工程应用中，往往并不是每个操作站都需要查看和监测所有的操作画面，例

如，某工程采用DCS控制现场的两个工段，每个工段由指定的操作工分别在两台

不同的操作站上进行监控操作，众所周知，这时现场往往会要求这两个操作站上

可以显示完全独立的两组画面，即工段一的操作站上只需要显示与工段一有关的

操作画面，工段二的操作站上只需要显示与工段二有关的操作画面，这时，可以

利用操作小组对操作功能进行划分，每一个不同的操作小组可以观察、设置、修

改指定的一组标准画面、流程图、报表、自定义键。系统运行时两个操作站上运

行不同的操作小组，从而满足现场应用需要。操作小组的组态结果见图4-15。。

4-15

图4-15 操作小组组态

操作小组组态操作小组组态

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系统的标准画面组态是指对系统已定义格式的标准操作画面进行组态。其中

包括总貌画面、趋势画面、控制分组、数据一览等四种操作画面组态。

包括总貌画面、趋势画面、控制分组、数据一览等四种操作画面组态。

趋势画面共有两页，显示各个测点的实时画面。趋势画面组态结果见图4-16。 。

4-16

图4-16 趋势画面组态结果

趋势画面组态结果

分组画面共有四页，分别为烘干机水分检测分组、烘干机温度检测分组、电

机转速检测分组与回路分组。分组画面组态结果见图4-17。。

4-17

图4-17 分组画面组态

分组画面组态

一览画面用于总览各个部分实时状况，组态结果如图4-18所示。

所示。

图4-18 一览画面组态结果

一览画面组态结果

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总貌画面可以方便的查看各个部分（以上组态完成的）实时监控，可以在监

控画面中很方便的调整到想要进入的监控画面。其组态结果如图4-19所示。

所示。

图4-19 总貌画面组态

总貌画面组态

标准的操作画面是系统定义的格式固定的操作画面，实际工程应用中，仅用

这样的操作画面，还不能形象的表达现场各种特殊的实际情况。JX-300XJX-300X系统有

这样的操作画面，还不能形象的表达现场各种特殊的实际情况。系统有

专门的流程图制作软件来进行工艺流程图的绘制。一般的，流程图的制作步骤如

下：（11）在组态软件中进行流程图文件登录；（22）启动流程图制作软件；（33）

下：（）在组态软件中进行流程图文件登录；（）启动流程图制作软件；（

设置流程图文件版面格式（大小、格线、背景等）；（44）根据工艺流程要求，用

设置流程图文件版面格式（大小、格线、背景等）；（）根据工艺流程要求，用

图4-20 粮食烘干机系统总

粮食烘干机系统总粮食烘干机系统总

静态绘图工具绘制工艺装置的流程图；（5）根据监控要求，用动态绘图工具绘制用动态绘图工具绘制

根据监控要求，

流程图中的动态监控对象；（66）绘制完后，用样式工具以完善流程图；（77）保

流程图中的动态监控对象；（）绘制完后，用样式工具以完善流程图；（

存流程图文件至硬盘上，以登录时所用的文件名保存。本课题粮食烘干机共绘制

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流程图3幅，分别是系统结构总图，见图4-20；；

4-20

本课题粮食烘干机自动控制系统设计，主要完成对烘干机总体结构框架的设

计，仿真系统的运行。在图4-20中，呈现的是烘干机总体结构。

中，呈现的是烘干机总体结构。

首先，运输车将粮食运送到指定地点后，通过传送机将粮食运送至升降机，

升降机再将粮食升至筛选仓。在初筛选仓里，通过特殊的处理与操作，对粮食进

行初步的筛选，除去明显的杂质，保证后续将要烘干的粮食的质量。被成功筛选

处理后的粮食再被下放到下一传送带，经传送带运送至下一升降机，再经升降机

升至储存仓1。将粮食先放在储存仓里，然后通过电动调节阀将粮食匀速向下放，然后通过电动调节阀将粮食匀速向下放，

将粮食先放在储存仓里，

这样可以基本保证进入烘干设备中的粮食基本上是一个厚度的，以对粮食烘干达

到最好的结果。

到最好的结果。

粮食在传送带上匀速经过烘干设备，烘干主体分为四个阶段：烘干段1、烘

干段2、冷却段1和冷却段2。干燥段1和干燥段2设施相同，温度较高，温度较高，是烘干是烘干

设施相同，温度较高，

粮食的主要阶段。将其分为两个阶段是为了使烘干段跨度适当加大，以达到充分

烘干粮食的目的。冷却段1与冷却段2设施相同，与干燥段相比，冷却段温度相

对较低，是为了进一步缓和的烘干粮食，同时降低粮食的温度，以便后续保存工

作。最后经过烘干的粮食再被放到储存仓2里，以便运输或最终的进仓储存。储

存仓流程控制简图，见图4-21。。

4-21

图4-21 储存仓1控制调节

控制调节

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对储存仓的调节采用的手操器控制，通过人工的方法对出现的现象进行调节

控制。正常工作状态下，粮食通过升降机源源不断的将粮食运送至储存仓，储存

仓再匀速（本课题中设计电动调节阀正常工作时调节阀开50%）将粮食向下放到）将粮食向下放到

50%

传送带上。储存仓设置储存量为0%-100%，当储存仓粮食储量在10%-90%之间时属，之间时属

0%-100%10%-90%

于储存仓正常储量，此时电动调节阀开度为50%,正常工作。当粮食储量小于正常工作。当粮食储量小于10%

50%,

或者大于90%时，会触发报警系统进行报警。工作人员根据报警情况检查设备以时，会触发报警系统进行报警。工作人员根据报警情况检查设备以

90%

及粮食储量。若报警由粮食储量过低引发，即储量小于10%而触发，工作人员就而触发，工作人员就

10%

将电动调节阀开度调为0，就是关上调节阀。若报警由粮食储量过高引发，即储

量大于90%而触发，工作人员就将电动调节阀开度调为100，就是将调节阀开至最而触发，，

90%100

大。同样，当报警状况消除后，工作人员再将电动调节阀调制正常工作状态的50%。。

50%

此处，为了不使系统在报警线附近摆动重复报警、消除报警的状态，特设置了报

警死区，以防止报警与消除报警的频繁发生。烘干过程详细控制，见图4-22。。

4-22

图4-22 烘干段流程控制

烘干段流程控制烘干段流程控制

对于粮食烘干机自动控制系统来说，最重要的就是烘干设施。粮食从储存仓

1释放出来，经外传送带送至烘干设备的内传送带，经外传送带送至烘干设备的内传送带，由电动机带动匀速传送粮食。由电动机带动匀速传送粮食。

释放出来，经外传送带送至烘干设备的内传送带，

在干燥段，设置温度传感器与压力传感器，检测热风的温度与压力。对于不同的

粮食，其适宜的温度不同，详见表4-4。。

4-4

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表4-4 各种粮食的允许受热温度

各种粮食的允许受热温度

粮食品种 玉米 小麦 大麦 燕麦 稻谷 大豆 花生 高粱

粮食品种玉米小麦大麦燕麦稻谷大豆花生高粱

粮食允许饲料粮 - - - 82 82 82 82 82

饲料粮

受热温度

受热温度

种子粮 43.4 43.4 40.5 43.4 43.4 43.4 32.0 43.4

种子粮

（℃）

（℃）

商品粮 54.5 60.0 40.5 60.0 43.4 49.0 32.0 60.0

商品粮

由将要烘干的粮食来设置空气加热与温度调节装置来达到适宜的温度，然

后热空气通过鼓风机向上方输送。温度传感器会检测热风的温度，温度如果不符

合粮食干燥的要求可通过人工调节空气加热与温度调节装置来达到需要的温度。

压力传感器会检测干燥段入口处热风的压力。由于由储存仓1释放的粮食是匀速

释放，所以粮食的厚度基本不变。这样干燥段的热风压力就可以保持基本固定不

变。

变。

在冷却段，也同样有压力传感器与温度传感器。在冷却段构成了两个单回路

控制方案。冷却段的作用主要是进一步干燥粮食，并且使粮食的温度降下来，以

适合运输或者储存。冷却段是通过加入冷空气与干燥段鼓风机吹过来的热风相混

合使空气的温度有个适当的减少来降低空气的温度。而冷空气进来的多少则是通

过电动调节阀来控制通风口的大小来决定进入的冷空气的量。此处的两个单回路

控制分别是冷却段入口风温度调节回路与冷却段入口风压力调节回路。对于冷却

段入口风温度调节回路，由冷却段的温度传感器来检测冷却段入口风温度。如果

风温度不符合烘干原则或有偏差，则其偏差信号会控制电动调节阀产生相应的动

作来调节冷却段入口风温度。对于冷却段入口风压力调节回路，由冷却段的压力

传感器来检测冷却段入口风压力。如果风压力不符合烘干原则或有偏差，则系统

会通过偏差信号来控制冷却段的鼓风机来调节冷却段入口风压力。

会通过偏差信号来控制冷却段的鼓风机来调节冷却段入口风压力。

在干燥段2与出口处均设置了谷物水分检测传感器，用以实时检测粮食水分，

以对电机转速进行调节，进而决定粮食再烘干设备里的停留时间，以达到控制作

用。组成了一个串级控制回路。此处，烘干设备组成了一个串级控制回路。干燥

段2水分检测属于内环，出口水分检测属于外环。共同控制电机转速以更好地控

制电机使其根据水分含量的多少来采取动作。实际控制中，在设备正常运转时，

电机基本保持匀速转动。在出口处设置了一个粮食水分检测传感器作为外环调节。

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当传感器检测到粮食水分与14±±0.5%有偏差时，其会根据偏差量对电机进行控有偏差时，其会根据偏差量对电机进行控

140.5%

制，产生动作，减缓或者加快电机的转速，以调节粮食在烘干设备中的停留时间，

从而调节粮食的烘干结果，使其尽量接近标准值。在干燥段2设置一个粮食水分

传感器检测设备作内环调节，是为了及时对粮食水分进行分析，如果粮食水分跟

理论计算有偏差，则可以直接对电动机进行转速调节。如果只是通过出口处的水

分检测来控制电机转速，速度太慢，已经来不及对烘干过程进行及时控制。串级

控制可以使系统快速响应，以达到更好的控制效果。

控制可以使系统快速响应，以达到更好的控制效果。

23

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第五章 仿真与现场模拟调试

通过JX-300X组态软件的监控软件窗口可以进入在JX-300X组态软件已组态

的文件的实时监控状态。在监控画面中，用户可以很清楚的看到组态中各个物理

量的实时变化，可以进行参数设置，以及调节系统PID参数来控制参数量，对系

统进行控制、分析，得到结果。在监控软件中可以很方便的在各个窗口之间进行

切换，体验监控软件的方便与强大。用户进入JX-300X组态软件的监控软件窗口

时，需要勾选仿真运行选项，需要找到组态文件中的.IDX.IDX文件来运行，需要登录

时，需要勾选仿真运行选项，需要找到组态文件中的

账号来选择用户的操作级别以更好的进行监控和控制。但是在未连接实际设备时，

监控软件窗口中不允许进行参数改动，不能设置手动或自动控制，不能进行PID

参数设置等操作。在连接了实际设备后（比如开关、电动调节阀、水箱等设备），

监控软件就可以实时显示设备的开关以及工作状况。此时用户就可以对监控窗口

中的参数、手自动、PIDPID参数等进行设置，仿照实际运行效果，更深入的了解实

中的参数、手自动、

验设计，更好的掌握软件使用以及对设备实际运行情况由更好的理解。

验设计，更好的掌握软件使用以及对设备实际运行情况由更好的理解。

5.1系统总貌实时监控画面分析

系统总貌画面包括各个模拟量的监测和回路分组、趋势画面、一览画面以及

流程图画面的入口。本课题中只需一个总貌画面。在总貌画面上可以很方便的进

入各个需要监测的画面，大大简化了操作步骤，是监控操作简单易行，真正体现

了JX-300X组态软件的强大与方便。系统总貌画面见图5-1。。

5-1

5-1 系统总貌画面

系统总貌画面

5.2 系统控制分组实时监控画面分析

24

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系统的分组实时监控画面如图5-2所示。本课题共设置四个分组，分别为：

烘干机水分检测粮食储量分组、烘干机温度检测分组、电机转速检测分组与回路

分组。他们分别显示本课题中水分与粮食储量位号的变化趋势、烘干机温度传感

器检测的温度变化趋势、电机转速变化趋势以及回路控制量的变化趋势。在控制

分组实时监控画面里，用户可以观察到每个分组里各个监测点的实时状况，并且

可以通过点击分组里的位号条形图来进入需要观察、设置的位号的调整画面，如

图4-25。在调整画面里，可以设置该位号物理量的手动或者自动选择，可以设置。在调整画面里，可以设置该位号物理量的手动或者自动选择，可以设置

4-25

是否需要报警装置，可以设置报警范围等操作。而且通过翻页选项，可以很方便

的切换到其他分组，并且可对其他分组的设置项进行需要的设置与操作。

的切换到其他分组，并且可对其他分组的设置项进行需要的设置与操作。

图5-2系统控制分组实时监控画面

系统控制分组实时监控画面

5.3

系统监控趋势图分析

本课题中根据需要监测的位号数目，共设置了两幅趋势图来显示各个监测量

图系统趋势监控画面

5-3

系统趋势监控画面

25

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的实时变化趋势。由图中可以看出每一位号代表的物理量在不同时间的数值，直

观、简洁的表现了参数的变化，便于用户取样分析。通过翻页选项可以在两张趋

势图之间进行转换，方便用户观测。系统监控组态画面如图所示。

5-3

所示。

5.4 系统流程图监控图分析

本课题中共绘制了3幅流程图，分别是：烘干机流程图、储存仓1储量调

储量调

节流程图、烘干段详细流程图。在流程图中可以很直观的看到各个监测物理量的

数字变化。对于某一位号，采取单击方式，可以进入其仪表操作界面，进行下一

步的操作或设置。流程图监控图如图5-4所示。

所示。

图5-4流程图监控画面

流程图监控画面

5.5 系统一览监控图分析

数据一览组态图中包括了所有组态过的模入量，可以直观的反应其数值的变

化，便于读取。一览监控图如图5-5所示。

所示。

26

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图5-5 一览监控画面

一览监控画面

5.6现场模拟调试

本课题经过组态仿真运行之后，最后对储存仓部分进行现场模拟。本课题的

现场模拟主要实现的是储存仓各个组态量的监控、对粮食储存仓储量的控制、对

储存仓粮食下放流量的控制。以此了解PID控制，了解单回路控制的控制过程。

控制，了解单回路控制的控制过程。

1、在进行组态仿真之后，编译程序无误，然后下载。使两主机协调成功。效

果如图5-6所示

所示

图5-6下载成功效果图

下载成功效果图

27

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2

、在控制分组监控画面中，可以对回路进行控制设置。选择手动还是自动控

制。当选择手动时，可以通过调节控制量来改变各个监控量的变化。当选择自动

时，可以通过设定给定值来使系统自动调节，以达到想要的效果。本课题中

LIC_1

回路中选择自动，粮仓储量给定值为，回路采用手动，设置电动调

100mmFIC_2

节阀开度为。效果图如图所示。

45%5-7

所示。

图5-7 手动自动调节

手动自动调节

3

、在监控画面中 可以看到所组态量的实时变化以及各个回路的控制状态。下

、在监控画面中

图中回路中的测量值与给定值基本相同，此时进仓流量与出仓流量也基本

LIC_1

持平，已达最终的动态平衡状态，效果如图所示。

5-8

图 流程图监控图

5-8

流程图监控图

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4

、仿真曲线

、仿真曲线

（）在调节该系统的控制参数时，首先调节控制变量的数值，在比较

1PIDP

控制效果之后，发现当时（，），曲线震荡幅度不是太大，且衰减

P=30I=0D=0

比例较好，效果如图所示。

5-9

所示。

图

5-9 P=30 I=0 D=0

（）图中，粮仓储量没有最终稳定，需再加积分减少其结果偏差。当，

25-9P=30

I=1.0D=0

，时，结果使系统偏差为零，但是衰减比不是很好，且调节周期偏长，

效果如图所示。

5-10

所示。

图5-10 P=30 I=1 D=0

29

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（3）

图5-10中调节周期偏长，衰减比不好，需将I调小，当P=30，，I=0.5，，

P=30I=0.5

D=0时，可以得到相对较小的调节周期与较好的衰减比。控制效果如图5-11所示。

图5-11 P=30，I=0.5，，D=0

I=0.5

本次现场模拟中，由于微分对调节效果影响不明显所以不予调节。本课题设

LIC_1FIC_2100mm

回路为自动，置的两个回路中，设置给定值粮仓储存量数值为，

回路为手动，设置粮食出仓处电动调节阀开度设为。通过一段时间的调节，

45%

粮仓储量缓慢上升经过小范围的波动最终达到既定水平，粮食进仓流量先以较快

速度增长，再保持较大的进仓量，等达到粮仓储量设定值后，粮食进仓流量趋于

平缓，最终于粮食出仓流量趋于一致，达到动态平衡状态。

平缓，最终于粮食出仓流量趋于一致，达到动态平衡状态。

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结 论

我国是粮食生产大国，收获的粮食后及时干燥是至关重要的环节。在江苏省

以及全国的一些农村地区，谷物收获后的含水率相对较高，自然晾晒损失率也较

高，造成了一定程度的浪费，而且最后得到的粮食品质相对较差。在中国的大部

分农村地区，由于现在还是家庭联产承包制度为主的农业制度，所以粮食烘干机

械化还是没有普及。本课题针对粮食烘干机的工作原理、烘干理念，在JX-300X

组态软件的基础上，设计了粮食烘干机的总体框架，并对其进行理论分析、研究，

最终做出一个粮食烘干机自动控制系统。本课题中的粮食烘干机自动控制系统主

要是在PID控制的理论基础上设计出的一个针对粮食水分采取控制的系统。在烘

干机的基础上，本课题主要着力在其自动控制系统的设计上。采用一个主要的串

级控制与两个辅助的单回路控制，使得粮食在出口处的含水量可以近似地保持在

14±±0.5%的范围左右。在运用仿真软件的基础上，对粮食烘干机自动控制系统的的范围左右。在运用仿真软件的基础上，对粮食烘干机自动控制系统的

140.5%

原理充分理解，选取储存仓粮食储量的调节部分，进行现场试验。试验结果显示，

可以像软件仿真的结果一样达到对粮食储存仓的粮食储量的有效控制。

可以像软件仿真的结果一样达到对粮食储存仓的粮食储量的有效控制。

本课题在达到了控制效果的基础上，设计的烘干机的结构较为简单，成本较

低。参数调节与结果分析方面简单易行，便于用户理解与操作。

低。参数调节与结果分析方面简单易行，便于用户理解与操作。

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致 谢

本课题粮食烘干机自动控制系统从最初的选题，中期的试验过程以及最后毕

业论文的撰写等相关工作都是在徐绍芬老师的耐心指导下完成的。在我的毕业设

计遇到各种难以预料的困惑的时候，是徐老师积累多年的丰富的试验经验，渊博

似海的专业知识做了我迷茫中的指向标，帮助我找对方向。在此基础上，徐老师

有着严谨求实的教学精神、孜孜不倦的科研态度、诲人不倦的修养素质，这些都

让我从中受益颇多。毕业设计过程中的定期交流让我了解自己所处的状态，明确

自己的下一目标，规划自己的进程，使我能更有计划的完成毕业设计。衷心感谢

徐老师在学习与实验以及生活中的指导与关怀！

徐老师在学习与实验以及生活中的指导与关怀！

感谢电信学院的每位尽心尽责的老师。在我大学四年里为我授业解惑，使我

夯实专业知识，尤其是做毕业设计主要用到的集散控制系统与过程控制基础等领

域的知识基础，使我在做毕业设计才能有所想、有所成果。

域的知识基础，使我在做毕业设计才能有所想、有所成果。

感谢各位在我撰写毕业论文期间给予我无限帮助以及在我做实验的漫长过程

江苏科技大学本科生毕业设计（论文）

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