基于智能模块的饲料环模制粒机控制系统研究毕业设计

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1、本科毕业设计题目基于智能模块的饲料环模制粒机控制系统研究作 者： 潘高超 专 业： 自动化(本一) 指导教师： 吴建国 完成日期： 2021年 5月 25日 原 创 性 声 明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 本论文使用授权说明本人完全了解南通大学有关保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保存论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或局部内容。保密的论文在解密后应

2、遵守此规定学生签名： 指导教师签名： 日期： 南 通 大 学 毕 业 设 计论文题目： 基于智能模块的饲料环模制粒机控制系统研究 姓 名：潘高超指导教师：吴建国专 业：自动化(本一) 南通大学电气工程学院 2021 年 5 月18日摘 要 现今，在世界上有百分之五十以上的饲料生产都要采用制粒工艺。由此可以看出，制粒工艺在饲料加工过程中地位显著。饲料生产机械有四大主机，它们分别为混合机、粉碎机、膨化机、制粒机，其中制粒机在饲料生产过程中占有突出的地位，其性能好坏直接与颗粒饲料的生产质量紧密相关。 本文研究的饲料环模制粒机控制系统主要实现：检测与节能管理。检测是通过传感器采集物料温度、主机电流、喂

3、料频率、蒸汽阀开度，并将检测到的结果显示在智能模块软件上。节能管理指的是，通过PID算法实现制粒机内物料温度和主机电流的控制，以到达节约能耗和提高饲料质量的目的。为了实现这些要求，控制器采用智能模块PAC-7186EG，并通过RS-485通讯与模拟量输入模块i-7017主机电流信号、喂料速率信号、数据采集模块i-7033进料温度信号、调质温度信号、模拟量输出模块i-7024蒸汽阀信号、喂料机信号进行数据传输，并通过PAC-7186EG以串口通信方式传输给PC机。信号采集模块将采集的信号传输给PAC-7186EG，通过其编译好的PID算法计算出蒸汽控制阀门信号，从而实现对制粒机的控制。 关键词：

4、智能模块，制粒机，温度，节能管理ABSTRACTNowadays, in the world there are more than fifty percent of feed production should adopt granulation process. It can be seen that the status of granulating process is significant in the process of feed making. There are four hosts of feed manufacturing machinery, including mi

5、xer, grinder, extruder, granulating machine, and the granulating machine is prominent in the feed production process, so its performance is directly associated with the production quality of pellets.The main achievement of this study about the control system of Ring die pelletizing machine:testing a

6、nd energy saving management. Testing means that the temperature of the material, the current of the main motor, feeding frequency, the opening degree of steam valve are collected by sensor, and the detected results are displayed on the intelligent software modules. Energy saving management refers to

7、 achieve the control of material temperature and the main motor of current in the granulating machine through the PID algorithm,so that achieve the purpose of saving energy and improving feed quality.To achieve these requirements, the controller uses intelligent modules PAC-7186EG, and it communicat

8、es with the analog input module i-7017 (master current signal, feeding rate signal), data acquisition module i-7033 (feed temperature signal , quenching temperature signal), analog output module i-7024 (steam valve signal, feeder signal) through RS-485 , and we can send signal to PC by serial commun

9、ication from PAC-7186EG. In order to achieve the control of the granulating machine, signal acquisition module transmitting the collected signals to PAC-7186EG, calculated steam control valve signal compiled by its PID algorithm.Keywords: Intelligent Module, Granulating Machine, Temperature, Energy

10、Saving Management目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1选题的背景和意义11.1.1 选题背景11.1.2 选题意义21.2国内外研究现状31.3论文主要研究内容3第二章 环模制粒机系统的研究42.1环模制粒机根本结构和工艺过程42.2环模制粒机的控制回路52.3环模制粒机生产率影响因素及计算方法52.3.1 生产率计算方法52.3.2 结构参数对生产率的影响分析52.3.3 环模转速对生产率的影响62.3.4 压辊数目对生产率的影响6第三章 系统的根本结构和工作原理83.1系统的根本结构83.2系统的生产流程93.3智能模块的根本原理113.3智能模块的通讯

11、173.4 系统的软件组成183.4.1地址的分配183.4.2智能模块的运行193.4.3控制算法的程序实现20第四章 结论与展望254.1结论254.2展望25参考文献26致 谢27 第一章 绪 论1.1选题的背景和意义 选题背景近来二十多年,饲料行业在我国迅速开展,目前已经建成了颇为完善且稍具规模的生产体系,逐渐成为国民经济中一个举足轻重的产业。现如今,我国制粒机机器的成套能力拥有相当的规模和水准,机械产品的品种、规格、系列大致上可以满足当前我国开展饲料加工业的要求。目前国内的饲料加工业厂家也在不断增多，已经出现了一些知名企业。但值得注意的是，饲料加工主机的自动化控制技术水平在我国仍然普

12、遍较低，已经开发完成的商品也根本无法在技术上到达应有的成熟性、可靠性、稳定性要求。当前，在世界上有百分之五十以上的饲料厂生产饲料都需要用到制粒工艺。由此可以看出，饲料在加工的过程当中制粒工艺的作用相当明显。饲料生产机械有四大主机，它们分别为混合机利用机械力和重力将物料混合均匀、粉碎机用于中低硬度物料的粉碎、膨化机饲料的膨化和制粒机，其中制粒机在饲料生产过程中占有突出的地位，其性能好坏直接与颗粒饲料的生产质量紧密相关。英国、意大利、瑞士等兴旺国家的制粒机技术十分先进，我国的制粒机技术大多源于这些国家，市场上现在流行的主要制粒机也都是购置国外相应产品技术资料然后进行模仿生产出来的。中国的饲料生产厂

13、家生产出的制粒机制粒效果不佳，生产效率低下，电耗较高，质量相对较差，而且他们往往没有完善的制粒工艺技术。因而，研究制粒工艺限制条件，完善制粒工艺参数和制粒机的整体性能，提升生产效率和节约能源，这些问题急需要解决。1910年英国生产出世界上的首台挤压式饲料制粒机。在此之后，制粒机开展迅速，随即出现了很多不同形式的制粒机如对辊式制粒机、修乐式制粒机、平模式制粒机以及环模式制粒机。当前的饲料膨化制粒机就是由挤压式制粒机开展而来，它的主要作用是对饲料原料进行膨化处理；对辊式制粒机和修乐式制粒机没有进行大规模的开展，因为它们的效率不高并且颗粒质量很难到达要求；平模式制粒机制造本钱高，制粒效率低，同时因为

14、结构的原因，生产出的颗粒饲料不是很均匀，逐渐被环模制粒机所取代；环模制粒机性能优越，因而一直得到广泛应用，现已成为世界上颗粒饲料加工的最重要的机型。根据压辊数量的差异，可以分为两压辊制粒机和三压辊制粒机。压辊数不同制粒的性质也有差异，两压辊制粒机主要用于畜禽料的制粒，三压辊制粒机主要用于水产饲料的制粒123。以上制粒机结构原理如图1.1所示。图1.1 制粒机结构原理图 选题意义随着我国经济的迅猛开展，饲料工业的开展也突飞猛进，饲料市场的竞争相当剧烈。饲料厂只有降低生产本钱，才能在剧烈的竞争环境中获得利润，从而扩大企业规模。而节能是提高竞争力的唯一途径，因而饲料厂饲料生产迫切需要大量新型高效的制

15、粒设备。随着制粒工艺技术的研究和开展，计算机控制系统在制粒机自动控制技术中被广泛应用。制粒机系统的可控性差，且控制过程相当复杂，不仅要充分了解复杂的制粒工艺，还需要排除大量的干扰因素。而且，作为操纵变量的喂料量、蒸汽添加量和作为被控变量的主机电流、调质温度并不是同步变化的，它们之间存在迟滞。延迟时间是由制粒系统和饲料配方共同来决定的，制粒加工通常是采用模糊控制算法进行调节和控制的。因此，世界各国关于制粒机的主要研究方向是设计更有应用前景、能广泛实施的制粒机自动控制系统以及更合理、更优化的控制算法。基于智能模块的饲料环模制粒机控制系统的研究，能够提高中国饲料生产的竞争力。在经济全球化的趋势下，饲

16、料生产技术的改良更是起到了改善民生的重要作用。智能模块下的饲料环模制粒机，不仅能够提高饲料生产的质量，节约能源损耗，更能够提高生产效率，减轻操作工人的劳动强度，提高企业的竞争力。研究好环模制粒机的控制技术，有助于更快的研制出新型高效的制粒机，从而提升制粒质量和制粒效率，增强我国制粒机产品的国际市场竞争水平，进而提高饲料机械生产制造的整体水平，对加快饲料工艺的开展具有显著的理论价值和实用价值。1.2国内外研究现状当今国内，大局部制粒机还采用人工控制的手段，这种人工控制方法主要有三个方面的缺陷：1颗粒饲料质量不固定。在实际生产过程中，实时监控和调节喂料量、蒸汽添加量是至关重要的，这些控制因素很可能

17、会影响颗粒饲料整体的光洁度、色泽、粉化率以及水中稳定性等质量指标，从而导致饲料质量下降；2制粒机产量低。在生产过程中，制粒机操作人员经常让制粒机主电机的实际电流远小于其额定电流，就是为了防止制粒机环模打滑和停机等现象的发生。这种以牺牲产量来保证制粒机长期平安、可靠运行的控制方法，必然使得产量下降；3需要人工等待操作，工人工作环境太差、工作强度过大。制粒机工作现场环境恶劣，多粉尘、高温、高噪声等现象十分常见，制粒机操作工在工作过程当中不仅要频繁取样、调整设备，还要及时处理制粒机堵机和打滑这些麻烦的问题。因此，饲料工业迫切需求高性能制粒机的出现456。现今，与欧美等兴旺国家相比，我国的高性能制粒机

18、仍然存在很大差距，但也有一些学者已经开始开发研究智能自动控制制粒机。广东农机所的王斌斌为改善环模制粒机的自动控制水平做出来一定的奉献，他提出的环模制粒机自动控制系统，着重解释了制粒机自动控制系统的组成、控制理论与控制算法7。欧美等兴旺国家在高性能自动控制制粒机方面一直走在时代的前端，引领技术的开展。他们采用现代工业中常用的IPC+PLC工控机+可编程控制器控制模式，用于生产过程监控的PC机为上位机，现场控制模块PLC作为下位机，这样来完成数据的采集和输出，以此控制现场生产饲料的设备。在丹麦研究出的NORVIDAN制粒机控制系统下，工人可以对制粒机进行远程控制89。只需在远程控制室即可实时监控生

19、产过程，并通过修改制粒工艺参数来到达期望的结果。1.3论文主要研究内容本文根据目前国内外饲料环模制粒机的研究现状，结合饲料生产企业设备和实际生产的情况，对制粒机制粒工艺进行探索分析，并且根据分析结果开发基于智能模块的饲料环模制粒机控制系统，并进行控制程序的调试，重点进行以下三个方面的研究：（1） 制粒机根本结构以及生产率的分析（2） 环模制粒机控制系统的研究（3） 智能模块的根本工作原理及其应用第二章 环模制粒机系统的研究2.1环模制粒机根本结构和工艺过程图2.1 环模制粒机根本结构图喂料器将粉状物料送入环模制粒机中，最先是进入调质器当中。调质器的作用是调质，也就是让粉状物料和蒸汽相混合，从而

20、提高制粒的效果，并对物料进行所需的工艺处理。经过调质器可以将粉状物料调制成膏状物料，并将膏状物料送去制粒10。在制粒工艺中，膏状物料被送入一个环模制粒装置中。该装置中设有刀片和环模。在主电动机的带动下，膏状物料会被压入环模制粒装置中，再通过刀片将其切成一个个颗粒。环模制粒机根本结构图如图2.1。2.2环模制粒机的控制回路图2.2 制粒机控制系统图制粒机控制回路如图2.2所示。基于智能模块的饲料环模制粒机控制系统是一个双输入双输出多变量系统，主要控制的是主电机电流和调质温度。其中，喂料电动机转速u1控制喂料量和蒸汽阀开度uT控制调质温度为系统的操纵变量，环模制粒机主电机电流y1和调质温度yT为被

21、控变量。按照单个回路来看，调质温度与设定值有偏差的时候，应当调节蒸汽阀开度来使温度到达设定值；制粒机主电机电流与设定值有一定的误差时，应当调节喂料量来使电流到达设定值。然而，喂料量的增加不仅导致制粒机主电机电流增大，同样也会引起调质温度的降低；要使调质温度上升，必须增大蒸汽阀开度从而增加蒸汽量，而蒸汽量的上升又会在一定程度上导致膏状物料的熟化、软化，进而造成制粒机主机电流的减小11。综上所述，调质温度和主电机电流之间存在耦合。2.3环模制粒机生产率影响因素及计算方法2.3.1 生产率计算方法环模制粒机单位时间产量q的计算表达式如下： 1式中,Z为压辊个数;为环模开孔率;R为环模内径;h为挤压物

22、料高度;B为环模宽度;为物料的密度;n为环模转速;为环模角速度。2.3.2 结构参数对生产率的影响分析根据公式1所示，要提高生产率，不仅可以增大环模内径R与环模宽度B，还可以增大压辊直径,使允许的最大挤压物料高度h随之增加。当环模内径R固定的时候,提高生产率q的有效方法应当是增大环模宽度B和压辊直径。然而，值得一提的是：压辊直径的增大受到很多其他机械结构的影响，因而不能完全按照理论上的设计；环模宽度B的增加将有可能会导致物料的分布不够均匀,从而引起不必要的振动。2.3.3 环模转速对生产率的影响从式1可以看出,要使生产率得到提高，一定程度上升高转速是很有效的方法。然而，能耗、振动等因素会制约环

23、模转速n的进一步提高:一者,环模转速n的进一步提高受到电机功率的限制;再有,环模转速n提高了，那么能耗也一样会增加。如果环模转速提高了,挤压物料高度便会降低，从而造成挤压力减小，但是颗粒温度会升高,总体上能耗增加了。2.3.4 压辊数目对生产率的影响由式1可以知道,在其他条件相同时,压辊个数Z越多,生产率越高。但是,压辊个数Z如果增多,必然会造成压辊直径减小,进而又会使生产率降低。因此，要想有效地提高环模制粒机的生产率，要通过更精细的计算来确定应对方法，只增加压辊个数Z是无法适用于所有情况的。以MUZL420T型号制粒机为例做比照实验，进行生产率计算：二辊时环模内径R为460 mm,压辊直径为

24、216 mm;三辊时环模内径R为460 mm,压辊直径为205 mm。分别取物料为35、40、45、50和55攫取角。其他参数取值相同:环模宽度B为160 mm,物料密度为0.7 kg/L,环模开孔率为0.35,环模线速度为7.1 m/s12 。实验结果如表1所示,绘制成折线图如图2.3所示。通过实验结果可知,如果生产率计算是假定制粒机按照最大物料高度工作,那么二辊制粒机的生产率明显不如三辊制粒机,且物料的攫取角越大劣势越突出。在实际的生产过程中,因为用到的电机功率有限制,最大物料高度通常远低于最大物料挤压高度，此时由于三辊制粒机压辊直径太小，必然会产生比二辊制粒机更高的能耗。当物料挤压高度将

25、受到限制的时候,三辊制粒机生产率虽然高，但也会产生较高的能耗。表1 二辊和三辊环模制粒机理论生产率比照图2.3 三辊与二辊的最大生产率比照曲线第三章 系统的根本结构和工作原理3.1系统的根本结构为了实现这些要求，控制器采用智能模块PAC-7186EG，并通过RS-485通讯与模拟量输入模块i-7017主机电流信号、喂料速率信号、数据采集模块i-7033进料温度信号、调质温度信号、模拟量输出模块i-7024蒸汽阀开度、喂料机喂料速率进行数据传输，并通过PAC-7186EG以串口通信方式传输给PC机。PAC-7186EG通过信号采集模块和模拟量输入模块接收数据，通过其编译好的PID算法计算出参数，

26、并通过模拟量输出模块输出信号，控制蒸汽阀开度和喂料机喂料速率，从而实现对制粒机的控制。系统设计的大体框架如图3.1所示，各模块对应特定的功能，相互协调完成控制要求。图3.1 系统设计方案3.2系统的生产流程手动模式流程图如图3.2所示，此时，制粒机控制系统始终处于等待外部信号的状态。在等待外部信号的过程中，系统会持续判别是否出现故障。当所有机器正常运行时，那么可以进行人工操作。而任一机器出现故障都将会产生相应的故障标志，从而能够很容易找出故障所在。图3.2 手动模式下的软件设计流程图自动模式流程图如图3.3所示，该过程不需要人工操作，所有机器正常工作的时候能够使被控变量到达设定值。如果出现机器

27、故障，该系统也能够使制粒机产生报警信号并停车处理。系统一旦启动，便能够一直循环运行，使主机电流和温度动态的稳定在设定值，直至系统检测到停止信号或出现故障时才会退出循环状态。图3.3 自动模式下的软件设计流程图在现场调试之前，可以选取实验室的锅炉水箱为被控对象，针对已经设计好的控制算法进行模拟实验。由于被控对象的选取要与制粒机的自身特性和要求根本相同，显然要使用液位与温度作为两被控变量。液位的改变量要反映到锅炉中需要液位控制阀执行一段时间，液位采用压力传感器测量，温度用一个大滞后的水箱( 内部含 PT100 温度传感器)所测得。另外，液位对水温也产生一定的影响，这种影响正表达了制粒机系统的滞后性

28、与耦合性。控制效果图如图 3.4 所示。图3.4 实验控制效果图3.3智能模块的根本原理1998年推出的PAC系列产品之中便已经有了PAC，现已经广泛用在工业控制的各种领域。PAC可用作核心计算单元、通信控制器，它是独立控制器，还可以嵌入到各种各样的OEM商品当中去。为了缩短研发周期，减少支出本钱，用PAC来构建控制系统是一个不错的选择。PAC外型小巧、功能强大、品质优秀，对于系统集成的开发，这无疑是最正确选择。如图3.5所示，PAC-7186产品是在I-7188系列根底上的升级产品，不仅很大程度上提升了硬件规格，也极大的改良了其软件支持和易用性。PAC-7186EG系列是内含 ISaGRAF

29、 软逻辑的掌上型PAC。内部有一个10/100 Base-TX 乙太网路通讯埠, 一个RS-232和一个RS-485序列通讯埠。要增加更多的连接埠,记忆体或 I/O 点，使用者可以在PAC-7186EG机板内插上一块扩充卡 (X-Board)。PAC-7186EG 也支持Modbus Serial通讯协议,Modbus TCP/IP通讯协议,Modbus Master通讯协议,远程I/O, Fbus, Ebus, SMS 简讯效劳,无线通讯,GPS 卫星通讯,FRnet, CAN等远程I/O连接效劳及使用者自定通讯协议。该课题实验过程中，PAC-7186EG接线：COM2用于与输入模块、输出模

30、块以及采集模块进行通信，以太网口和COM1用于与计算机通信，电源端子正负端分别接电源正负端口。 图3.5 PAC-7186EG模块i-7017为模拟量输入模块，有8个通道，采用通用的Modbus RTU通信协议。该模块拥有美国ADI公司生产的高性能A/D转换芯片，日本NEC生产出来的高质量光电隔离器件，并提供高耐压、多量程、低漂移、远距离、宽泛工作环境温度、高性价比、远超同类的智能控制解决方法。i-7017为差分输入，共有8 路。该模块16 位分辨率，其通讯速率最高可到达115200bps，主要用于工业现场的分布式模拟量数据输入。i-7017的校准方法通常采用最简单的软件校准法，这种方法进行零

31、点校准和满量程校准比拟方便。另外，采集模块的通讯网路采用RS-485进行通信，并将分散在现场的数据点的模拟量通过A/D转换后传输到主机进行处理或由PC机远程控制主站点。为了防止程序跑飞，保障工业控制过程的平安性，该模块还设计了独有的双看门狗即软件看门狗和硬件看门狗平安设计。一旦RS485通讯网路发生问题或断路，主控PC机和模块间将无法通讯，此时软件看门狗也会启动。软件看门狗设计巧妙，使用方便，配合上工业生产过程中的平安措施，可大大增加系统的平安性。依据产品说明书，产品主要技术参数如下。输入端口：8路差动，接线接口：使用外接式10位接线端子，拆卸连线方便，输入类型：mA(外接125电阻)，输入范

32、围：420mA，输入阻抗：100，采样速率：15次每秒，分辨率：16位，带宽：15.75Hz，精确度：0.02%或更好，零点漂移：20uV/C，满程量漂移：25ppm/C，过电压保护：35V，光电隔离耐压: 3750Vrms，微处理器： 内置22M的CPU，带看门狗，高速可靠，防止死机，RS485速率：1200115200bps 之间与RS485总线速度适应，状态指示灯： 上电自检通过常亮，通信时闪亮，工作温度：-25C+75C 存放温度：-40C+85C ，工作湿度：5%95%,无凝露，外接电源电压： +1030V 功耗： 1.3W。i-7017各引脚以及接线方式如图3.6所示。该课题需要测

33、主机电流，因此使用右边外接125的接线方法。实验过程中，i-7017的DATA+接7186的D2+，i-7017的DATA- 接7186的D2- ，+Vs接24V直流电源正端，GND接24V电源负端。图3.6 i-7017模块及其接线图i-7024模块为4通道模拟量输出模块，其中包括4个电压输出通道和四个电流输出通道。i-7024模块还具备内置的微型CPU和牢固的塑料外壳，因此，其广泛适用于各种复杂的工业环境中。该模块还自带双看门狗定时器，充分保障系统平安，防止程序跑飞。由于模块内置自适应芯片，因而组建网络连接方便，通用性好。除此之外，模块内部装备有3000V直流电隔离，有高过压保护和高开关量

34、电压输入等功能。该模块上手容易使用便捷，能够非常容易地与SCADA/ HMI以及PLC等工控设备进行通讯。更值得一提的是，i-7024模块可以快速组建网络，仅需要两根通讯双绞线就可以建立起一个多点的分散式RS-485网络。本设计中，由模块i-7024以电信号来完成控制信号的输出。由于该模块的输出为电流输出，对于电流信号而言需要经过放大电路放大后，转换为标准的电压信号才能更方便的测量到。因此在模块i-7024的输出端通过250的电阻将420mA的电流信号转换为电压信号，通过使用万用表测量i-7024输出端的电压来检验模块是否调通。假设输出端有电压说明模块可以正常工作，假设没有电压变化说明模块连接

35、有错误。i-7024参数如下：输出通道：4个，输出电压： 0 5 V，5 V，010 V，10 V，输出电流： 020 mA，4 20 mA，分辨率： 14 bit，精确度： 0.1% FSR，重复精度： 1% FSR，外部24V电源： 1050 ，隔离保护： 3750 Vrms，电源电压： 10 30 VDC，电源功耗： 2.4 W。 i-7024也是需要外接24V的直流电源，其数据端口DATA+和DATA-分别也要与控制器的对应端口相连接才能相互通信。该课题中，7024作为模拟量输出模块，采用电流输出形式，在Iout和AGND之间需要串联一个1K的电阻和一个24V直流电源，接线如图3-7右

36、图所示。图3.7 i-7024模块及其接线图 i-7033为采集模块，有4个通道的温度采集和3个通道的热电阻输入模块。 i-7033模块具有内置的微处理器和巩固的工业级塑料外壳，因此可以广泛的应用在不同工业环境当中。作为信号采集模块，同样需要研究其参数和性能。输入通道：3，输入类型：热电阻，热电阻类型：Pt100 =0.00385，Pt100 =0.003916，Ni120，Pt1000 =0.00385 接线方式：2/3/4 线 分辨率：16 位，采样速率：15/12.5 次/秒，精确度：0.1 %，带宽：15.7 Hz，零点漂移：0.5 V/ ，满量程漂移：25 V/，共模抑制比：150

37、dB mi， 差模抑制比：100 dB min，断线检测：有，隔离保护：3000 V直流，电源电压：+10 +30 V直流，电源功耗：1.0 WI-7033/1.6，工作温度：-25 75 ，存储温度：-40 85 ，相对湿度：5 90%，无冷凝，特殊功能：双看门狗13。接线如图3.8所示。图3.8 i-7033模块及其接线图I-7000系列模块安装步骤如下：1连接输入信号。2通过DATA+和DATA端口将模块接入RS485 网络。假设上位机有且仅有一个RS232 端口，那么需要 RS232 到RS485转换器来连接。3通过+Vs 和GND 端口，将+10 到+30V 稳压或非稳压直流电源入模

38、块。可通过发送命令%AANNTTCCFF对模块进行设置。4读取每个输入通道数据只需向模块发送命令#AA 或#AAN 即可。5假设上位机为已安装 Windows 操作系统的PC，那么DCONUtility 即可方便的对模块进行设置和读取数据。硬件连接如图3.9(a)和图3.9(b)所示。图3.9a 系统硬件连接实物图图3.9b 系统硬件连接原理图3.3智能模块的通讯RS-232的逻辑“1用-12V表示，逻辑“0用12V表示。RS-232通讯是比拟常用的类型，其通信线至少有3条，即RX,TX,GND。通信方式为全双工，也就是通信允许数据在两个方向上同时传输，相当于结合了两个单工通信。因为要使用绝对

39、电压表示逻辑，电压只能固定在12V或-12V，导线电阻等因素会影响干扰逻辑，通讯距离通常不远14。在RS-232后推出了RS-422，这种通讯方式相比之前有很大不同。它用两根线之间的电压差表示逻辑，即TTL差动电平表示逻辑，两线之间电压差为正值表示逻辑“0，反之那么为“1。RS-422至少需要4根通信线，一般比RS-232多一根地线，通信方式同样是全双工，通常情况下一个驱动器最多可以驱动10个接收器。由于通讯距离与通讯速率成反比，一般高速率通信可以用在距离较短的情况下，低速率时往往进行较远距离通信通常可到达1千米。在RS-422后产生的RS-485根本上沿用了RS-422的方法，它们之间主要的

40、区别在于RS-485可以是半双工的。半双工数据传输是指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，但不可以同时传输，比方对讲机的通信模式。而且每个驱动器最少能驱动32个接收器即接收器为1/32单位负载。接收器的阻抗越高，驱动器能够驱动的接收器数量越多。全双工RS-485驱动/接收器对可以用在RS-422网络。RS-485采用差分信号负逻辑，两根线之间的电压差为+(26)V那么表示逻辑“1；两线间的电压差为-(26)V那么表示逻辑“0。RS-485的通信范围最远可达1200米，最大传输速率为10Mbps。传输速率与传输范围成反比关系，即传输速率越大传输距离越短，通常要到达最远的通信距离，传输速率可以

41、设定为100Kbps，增设RS-485中继器可以让传输的距离更远。由于RS485接口电平与TTL电平相似且兼容，因而RS-485可以很方便地连接到TTL电路上。RS-485接口组合了平衡驱动器和差分接收器，抗共模干扰能力强，即抗噪声干扰能力强。半双工的RS485接口是外接两根线的，大多采用的是屏蔽双绞线传输。利用总线式拓扑结构的接线方法，在同一总线上最多可以接32个点。主从通信方式在RS-485通信网络中很常用，所谓的主从通信方式即一个主机带多个从机。通常，只需要用一对双绞线将各个接口的两个端口串接起来即可，至此连接完成RS-485通信线路。RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头。RS-4

42、85通讯接口只需要两根通讯线，可以在多个设备之间进行数据传输。在硬件通讯接口建立后，在进行数据传输的硬件之间需要约定一个数据通讯协议，以使接收端能够解码收到的数据。通讯协议往往有标准的格式，例如“ModBus协议。标准的协议内容全面，包含的内容很多，但不易理解15。3.4 系统的软件组成本系统使用了DCON_Utility、MiniOS7_Studio、MiniOS7_Utility、VxCommW7等软件，PC机通过串口与控制器PAC-7186EG进行通讯。首先，必须对模块的IP地址、波特率、数据位和停止位进行初始化设置，初始化完成之后才能进行编译调试。程序下载时，应将PAC-7186EG置

43、于INIT状态，搜索模块时将其置于Normal状态。3.4.1地址的分配VxComm指的是“虚拟串口。该软件可以为计算机提供串口接口和TCP/IP接口两个软件接口。针对远程的串口，操作系统提供VxComm驱动软件。为了和远端串口或I/O相连，用户可以用它来建立一个虚拟串口。建立好这个虚拟串口后，将串行设备升级可以通过以太网来解决问题，上位软件只需要连接到这个虚拟串口上，不需要更改源程序代码。PAC-7186EG作为控制器需要为它分配一个地址，本系统分配PC机地址10.1.0.98和7186EG地址10.1.0.99使它们处于同一个网段内。系统默认PAC-7186EG为COM1,其下位I/O模块

44、为COM12。如图3.10所示。图3.10 下位机的端口3.4.2智能模块的运行MiniOS7 Utility是用户设置MiniOS7系统，并将文件下载至采用MiniOS7系统的嵌入式控制器的软件。支持串口(RS-232)和以太网(TCP/UDP)连接。主要功能：(1)文件操作(下载，删除，更新MiniOS7系统)(2)系统设定 (时间、IP地址、串口、盘符)(3)信息检测 (CPU类型、Flash容量、SRAM容量、串口数量等)包含的常用工具：7188XW, 7188EU, 7188E,SendTCP, Send232, VxComm Utility支持的操作系统：Windows 98/NT

45、/2000/XP/Vista/Windows7将直流稳压电源与各模块连接，通上24V电压，此时将7186置于INIT状态，加载好串口启动程序并运行，如图3.11所示。图3.11 串口的运行DCON协议是一种问答式通讯协议，通常用于I-7000/8K/87K 系列产品中，它用一种简单的ASCII码格式来定义，如$AAN，$AAS6，AAN等等，其通讯可以使用RS-232、RS-485或以太网等通讯方式。DCON协议还自带很多工具，其中包含：DCON Utility, DCON_Labview, DCON Indusoft,DCON_DLL,DCON_ActiveX,DCON_Linux,DCON

46、_DDE等等。 DCON Utility主要功能：模块设置 DCON Indusoft：Indusoft捆绑驱动 DCON Utility (DOS) 主要功能：模块诊断 DCON_Labview:Labview捆绑驱动程序运行DCON-Utility软件并搜索相关模块i-7017、i-7033、i-7024，设置其波特率、数据位和停止位。如图3-12所示。i-7017地址为0，波特率115200，8位数据位和1位停止位，420mA模拟量输入，50Hz。i-7033地址为1，波特率115200, 波特率115200，8位数据位和1位停止位，0100温度输入，=0.00385, 50Hz。i-7

47、024地址为2，波特率115200，8位数据位和1位停止位，420mA模拟量输出，50Hz。图3.12 I/O显示3.4.3控制算法的程序实现MiniOS7 Studio是一个良好的软件开发环境，其功能全面使用方便，已经越来越受到客户们的青睐。该软件中常见的内容有工程管理、编译器、文本编辑、调试信息、连接器等，再此根底上，MiniOS7还包括控件管理功能、浏览器、设置热键配置、程序代码分析、帮助文档和寻找库函数等重要方面内容，并整合了MiniOS7 Utility的功能，集编程下载为一体，很大程度上减少了用户MiniOS7程序的开发时间。MiniOS7 Studio综合了使用者所需要的全部功能

48、，让用户得以充分体验IDE开发环境的优势，抛弃了原先开发方式中，需要用到多种不同软件工具的缺点，使用户可以把更多的精力集中到程序开发中。本论文使用MiniOS7-Studio对控制器PAC-7186EG进行控制算法的C程序编写，如图3.13所示。以PID控制算法以及解耦合的方法到达控制制粒机稳定运行的效果。该方法为自动控制，稳定性较高，控制效果较好。图3.13 C程序代码 本论文使用软件得到控制结果如图3.14温度检测结果、图3.15主机电流检测结果图3.16电动阀控制结果所示。图3.14温度检测结果图3.15主机电流检测结果图3.16电动阀控制控制结果第四章 结论与展望4.1结论本论文设计的

49、基于智能模块的饲料环模制粒机控制系统是一个双输入、双输出控制系统。系统的大体设计方法上文已经详述，在此大致总结一下全文。该系统的控制量有：蒸汽量、喂料量；测量值有：蒸汽阀开度、进料温度；被控变量有：主机电流、调质温度。智能模块包括控制器、模拟量输入模块i-7017、数据采集模块i-7033、模拟量输出模块i-7024，模块之间采用RS-485通信，模块与计算机之间采用RS-232串口通信。在所有模块调通之后，在计算机中编写控制程序并将程序下载到控制器中，可以实现对制粒机相应的控制要求。本论文不仅说明了制粒机的根本结构以及环模制粒机的工作原理，更是从自动控制的角度去解决环模制粒机在实际生产操作过

50、程中的问题。4.2展望本论文中，传感器与采集模块i-7033以及智能模块与上位机通信，都是采用有线连接方式。在制粒机工作现场往往环境恶劣，有线连接线路很容易受环境影响，会导致信号传输不稳定。采用无线网络传输数据无疑是很有效的方法，不仅可以改善信号传输的稳定性，还能够让工业现场更加有条理。为了不大量更换设备，可以直接在每个传感器上连接一个无线发送模块，在蒸汽阀和喂料电机上连接一个无线接收模块，在上位机监控单元上连接一个无线收发模块。如图4.1所示。图4.1 无线连接示意图参考文献1陈炳伟. 环模制粒机高效制粒机理与性能分析D.南京理工大学,2021.2孙营超. 环模制粒机制粒工艺研究与控制系统开

51、发D.南京理工大学,2021.3孙旭清. 环模制粒机的主体结构优化研究D.江南大学,2021.4张堃,费敏锐,吴建国,张培建,胡志江. 一类参数不确定时滞系统的智能控制应用研究J. 仪器仪表学 报,2021,06:1394-1401.5施水娟. 环模制粒机挤压成形机理分析与结构参数优化D.南京理工大学,2021.6张堃,吴建国,张培建,胡志江. 基于专家系统的环模制粒机控制系统研究J. 计算机与应用化 学,2021,10:1249-1252.7王斌斌. 环模制粒机自动控制系统J. 现代农业装备,2007,05:51-54.8王敏. 环模制粒机的主要技术参数J. 湖南饲料,2006,04:39-

52、41.9皮苏敏. 环模制粒机的探析与简要设计J. 科技创新与应用,2021,26:42.10林文卿. 嵌入式计算机技术在饲料制粒机控制系统中的应用研究D.东华大学,2021.11秦磊,吴建国,薛源,杨晓伟. 基于STM32的环模制粒机的自动控制系统设计J. 仪表技 术,2021,11:16-19+24.12范文海,范天铭,王祥,秦永林. 环模制粒机生产率理论计算及其影响因素分析J. 粮食与饲料工 业,2021,06:34-36.13Stevens,C.A.Starch gelatinization and the influence of Particle size,steam pressur

53、e and die speed on the pelleting process D.PhD thesis,Kansas State Univ,USA,198714Jonathan B radshow. Feed Operation, Controlling Energry Costs J. World Grain, 2007(2):666915Collison, R. and Chilton, J.A. Gelatinization of starch in extruded products J.Cereal Chem,1977,9:309一 315致 谢本文是在导师吴建国教授的悉心指导下

54、完成的。在毕业设计的所有阶段，从选题、方案设计、调试、结果分析和论文的写作都凝聚着吴教授的大量心血。在此，特向吴教授表示诚挚的感谢和由衷的敬意。感谢吴教授在我迷茫时给了我方向，在我对设计方案百思不得其解的时候对我耐心的指导。吴教授治学严谨，对待科学兢兢业业，让我深深地感受到了科学的乐趣。同时，还要特别感谢刘进学长对我不厌其烦帮助。感谢自113班的所有同学，感谢613实验室的所有兄弟姐妹，感谢宿舍的室友，是你们给予我良好的学习和生活环境。在离别之际，祝愿大家身体健康、万事如意。感谢我的父母，是你们辛辛苦苦供我上学，给我依靠。如果没有你们精神上的鼓励、物质上的支持，我永远不可能有时机追逐自己梦想。最后，衷心的感谢在百忙中审阅本论文的各位专家、教授！由于本人水平有限，论文中难免有缺乏之处，恳请各位专家、教授批评指正。