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1、-毕业设计（论文）-热泵干燥装置电控系统设计（全套程序）-第 20 页热泵干燥装置电控系统设计摘 要我国是农业大国，每年果蔬的产量巨大，其中需要进行干燥加工的比重很大，但目前我国对蔬菜干燥加工的技术还是比较落后，本课题将热泵干燥技术、自动检测技术、实时监控技术应用于蔬菜的干燥加工过程当中，重点开发设计了一个热泵干燥装置的电控系统，对蔬菜的干燥加工过程进行实时监控。本文重点设计了一个热泵干燥的电控系统，该系统主要由热泵干燥装置、下位机控制系统和上位机监控系统组成。热泵干燥装置由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、干燥风机等组成。下位机控制系统由PLC、PLC模拟量扩展模块和传感器组成，传感器将采集到
2、的温度、湿度、风速等模拟量信号传输到PLC模拟量输入模块，并转换成数字信号储存。下位机PLC作为现场控制级，利用PLC编程软件编写用户程序完成依据热泵干燥系统工艺要求多台设备多批次启动和停止、干燥过程温度的测量与调整、湿度的测量、过热能量的发散、故障的识别与处理，还有同上位机的RS485通讯。上位机监控系统作为管理级，采用可编程终端人机触摸屏，通过编写触摸屏自带的组态软件，实现对现场数据的实时记录和处理，包括运行数据的显示、参数的设定、报警信息的显示和查询等功能。本文设计的电控系统实现了蔬菜脱水加工的自动化，从而降低操作成本，提高产品品质。全套 设计加153893706关键词：蔬菜脱水；热泵干
3、燥；可编程控制器；可编程终端；过程监控AbstractChina is a big agricultural country , the annual giant vegetable production , which requires a large proportion of the drying process , but our vegetable drying process technology is still relatively backward .This subject combines the heat pump drying technology with auto
4、matically detection technology and real-time monitoring technology for the drying process of vegetables , focusing on design of the electronic control system of a heat pump dryer for drying vegetables processing with the real-time monitoring.This article focuses on the design of a heat pump drying o
5、f electronic control system, which mainly consists of a heat pump dryer , lower machine control systems and PC monitoring system. The heat pump drying equipment consists of compressor , condenser , evaporator, expansion valve , drying fan. Lower position machine control system consists of PLC, PLC a
6、nalog expansion modules and sensors , the sensor will collect temperature, humidity , wind speed and other analog signals to PLC analog input module and converted into a digital signal storage . Lower position machine as a field control level , user can write PLC programming software to complete mul
7、tiple devices multiple batches starting and stopping , measuring and adjusting the temperature of the drying process , measuring humidity , thermal energy divergence, failure identification, as well as RS485 communication Ditto bit machine, which in accordance with the requirements of heat pump dryi
8、ng system processes. PC monitoring system as a management level , using the programmable terminal HMI touch screen, touch screen comes through the preparation of the configuration software, on-site real-time data recording and processing , including setting display operational data , parameters, ala
9、rm information display and query functions. This design of the electronic control system to achieve the automated processing of dehydrated vegetables , thereby reducing operating costs and improve product quality.Keywords: dehydrated vegetables ; heat pump drying; programmable logic controller; prog
10、rammable terminal; process monitoring目录摘 要1Abstract2第一章 绪论31.1课题的研究背景和研究意义31.2热泵干燥的国内外研究现状31.2.1热泵干燥的国外研究现状31.2.2热泵干燥的国内研究现状41.3方案背景技术简介41.3.1可编程控制器（PLC）的现状与发展41.3.2可编程终端人机（PT）的发展现状51.4本课题的主要研究内容61.5本章小结6第二章 热泵干燥装置系统特性及控制要求62.1热泵干燥技术简介62.2热泵干燥装置的工作原理72.3热泵干燥装置的结构形式72.4热泵干燥装置的控制要求8第三章 热泵干燥装置电控系统的硬件设计
11、83.1系统概述83.2热泵干燥装置电控系统的方案设计93.3电控系统的下位机硬件设计103.3.1下位机（PLC）103.3.2上位机133.3.3内置模拟量输入输出模块143.3.4传感器的选型153.3.5变频器163.3.6继电器173.3.7电磁阀173.3.8 RS485通讯接口173.4热泵干燥装置电控系统的电路连接183.4.1下位机与继电器的连接183.4.2模拟量模块与传感器的连接193.4.3上位机与下位机的通讯接口20第四章 热泵干燥装置电控系统的软件设计204.1下位机PLC程序设计214.2上位机监控系统的设计234.3本章小结25第五章 结论与展望265.1主要研
12、究工作及结论265.2本课题的展望26参考文献27致谢29附录130第一章 绪论1.1课题的研究背景和研究意义我国是农业大国，农副产品加工质量直接影响着农业生产部门的效益和人们的生活质量。许多农副产品在储藏、运输、加工成食品之前，都必须进行干燥，因此干燥技术是农林产品加工生产过程中的重要环节1。热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。它是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，将能量转移，提供可被人们所用的高品位热能的装置2,3。以热泵为热源干燥系统称为热泵干燥，热泵干燥能回收排放废气中的部分显热和潜热，和传统的热风对流干燥相比，热泵干燥有节约能源、产品质量高、不受
13、天气条件的影响及环境友好、无废气排放等优点，有非常广阔的应用前景4,5。热泵干燥的控制问题是热泵干燥发展过程中面临的重要课题，开发设计适用于热泵干燥环境的先进控制系统，加快先进控制技术在蔬菜干燥加工过程中的应用，从而替代传统干燥加工中的人工手动控制，这对推动自动化控制在蔬菜干燥加工的发展有着非常重要的作用，因此该课题具有重要的现实意义和科学价值。 1.2热泵干燥的国内外研究现状1.2.1热泵干燥的国外研究现状国外对于热泵干燥技术的研究早于我国，1943年Sulzer公司已经在德国建成的地下室除湿装置中采用了热泵技术。1950年美国取得热泵干燥的专利权。1970年1977年间法国安装了近千台热泵
14、木材干燥装置，到1980年大约有3 000家木材干燥厂采用热泵干燥技术。20世纪60年代日本开始研究热泵干燥技术，到1987年已有各种热泵干燥装置3 000套左右，现有12%的干燥装置采用热泵干燥技术6。国外干燥技术理论研究也一直领先于我国，美国日本以及西欧等国已形成热泵系列产品，近几年研究内容主要有：(1)对热泵干燥制冷剂工质的研究；(2)对热泵干燥机组的研究；(3)对采用太阳能作为辅助热源的研究；(4)对新型化学热泵和吸收式热泵技术的研究；（5）对热泵干燥过程的能耗作了分析。这些研究为热泵系统提高能量利用率和减少能耗损失提供了思路和设计依据7。1.2.2热泵干燥的国内研究现状国内热泵干燥技
15、术起步较晚，从上世纪80年代起对热泵干燥技术进行了研究，最先开始应用在木材加工中，上海市能源研究所从1985年开始研制热泵式木材干燥装置8。近年来国内许多科研单位和学者也对其他物料的热泵干燥性能进行了大量较为详细的研究。天津大学马一太教授利用热泵干燥技术对种子进行干燥9，实验表明热泵干燥是一种很好的种子干燥方法，能够提高干燥温度，缩短干燥时间，保持种子的干燥品质。中国农业大学的张绪坤设计了一套热泵干燥装置，实验表明在闭式热泵干燥循环过程中， 空气旁通率(BAR)对热泵的运行状况影响较大，在开式半开式热泵干燥循环中， 系统的单位能耗干燥量较高10,11。张慜研究了热泵干燥蔬菜的过程，对热泵干燥工
16、艺提出了优化建议：在干燥后期，应调整风速；余热回收中废气和冷凝水的最佳循环量应该确定。南京农业大学等单位进行了茶叶、水稻、果蔬等的热泵干燥中期的实验研究并取得一定的成果12-14。在热泵干燥控制方式的研究中，张振涛等人研究对其采用模糊控制方法，并取得了较好效果，张宇凯研究了干燥室温度湿度风量全程监控系统，并采用PID与模糊控制结合的方法，增强了对不确定性因素的适应性。1.3方案背景技术简介1.3.1可编程控制器（PLC）的现状与发展目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今
17、，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱15。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，应用大致可以归纳为:用于顺序控制、用于过程控制、用于运动控制、用于远程控制、用于信息控制16。现在，世界上有200多家PLC生产厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产
18、品，各流派PLC产品都各具特色。其中，美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲PLC产品主要制造商有德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（SAMSUNG）、LG等，这些生产厂家的产品占有80%以上的PLC市场份额。1.3.2可编程终端人机（PT）的发展现状可编程终端是可编程控制器PLC的配套产品，是一种把触摸屏、显示屏、工业通讯接口等结合成一体的可编程产品。很多PLC厂家都提供与自家PLC配套的可编程终端，欧姆龙公司提供的
19、NP系列的可编程终端17，具有多种特色、功能强大，便于快速有效的创建各种直观的操作画面，方便工程人员的对界面的修改和维护。可编程终端总会伴随着人机界面组态软件的运用，现场工业自动化涉及实时数据通讯（无论是双向还是单向）、实时动态图形界面显示、必要的数据处理、历史数据存储及显示等需求，工业的组态软件都能高效的胜任。 欧姆龙的可编程终端提供了功能强大的用户界面组态编程软件NP-Designer，操作简单，功能强大。触摸式可编程终端是现代信息系统广泛应用的一种人机界面，在工业自动化领域中应用非常普遍。1.4本课题的主要研究内容（1）热泵干燥装置电控系统设计。根据工业设备现场状况，计有：压缩机1台、干
20、燥风机4台、室外风机1台、上送风机2台、干燥输送带电机2台、布料器电机1台、进料电机1台，设计其PLC控制系统结构图。（2）系统电气设计图的绘制。依据热泵干燥装置的控制要求，选型相应的电器元件，完成整个系统的电气设计，并依照电气设计图进行配电接线和PLC接线。（3）系统软件设计。根据热泵干燥装置的工作性能要求，设计上位机可编程终端的人机界面和下位机PLC的过程控制程序，这里利用欧姆龙可编程终端NP5配套的NP-Designer开发上位机人机界面。1.5本章小结本章在介绍课题背景和研究意义的前提下，重点介绍了热泵干燥技术的国内外研究现状，可编程程控制器PLC发展现状、可编程终端及工业组态等方案背
21、景技术，最后对本课题主要研究内容进行了阐述。第二章 热泵干燥装置系统特性及控制要求2.1热泵干燥技术简介热泵是以消耗少量高质能或高温热能为代价，以收集空气中低质热能的能量利用装置，以冷凝器放出热量来供热的系统。热泵干燥是一种温和的、接近自然的干燥，适合于大部分农产品、药材等热敏性物料。因此，在干燥技术领域中，应用热泵可有效利用能源、保护环境、减少温室效应和防止臭氧层破坏。热泵干燥技术因为具有高效节能、成本较低、不污染环境、能对干燥介质的温度、湿度、气流速度进行准确独立控制，并且干燥质量也好，因而已广泛应用于木材干燥、种子干燥、食品加工、陶瓷烘焙、纺织行业等领域。2.2热泵干燥装置的工作原理热泵
22、从低温热源吸取热量， 使低品位热能转化为高品位热能，可以从自然环境或余热资源吸热从而获得比输入能更多的输出热能，热泵干燥系统由两个子系统组成：热泵系统和干燥装置。热泵系统由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀等组成18。系统工作时，热泵压缩机做功并利用蒸发器回收低品位热能，在冷凝器中则使之升高为高品位热能热泵工质在蒸发器内吸收干燥室排出的热空气中的部分余热，蒸发变成蒸气，经压缩机压缩后，进入冷凝器中冷凝，并将热量传给空气。由冷凝器出来的热空气再进入干燥室，对湿物料进行干燥。出干燥室的湿空气再经蒸发器将部分显热和潜热传给工质，达到回收余热的目的;同时，湿空气的温度降至露点析出冷凝水，达到除湿的目的。干
23、燥装置主要有干燥室与风机组成。热泵干燥系统原理如图2.1所示。图2.1 热泵干燥系统原理图2.3热泵干燥装置的结构形式热泵干燥装置有三种基本结构形式：开式、半开式和封闭式19。1） 开式热泵干燥装置开式热泵干燥装置，特点是出干燥室的排气全部排入环境。该型式热泵干燥装置具有结构简单、操控方便等优点，但进入干燥室的干燥介质温度受环境温度的影响大，干燥废气排入环境对环境有污染，且当物料的卫生要求较高时，环境空气进口处的预处理负荷较大。2） 半开式热泵干燥装置半开式热泵干燥装置，特点是干燥室出口的排气，一部分被排放到环境，另一部分被旁通流向蒸发器。该型式热泵干燥装置适用于需不同干燥温度的物料，且通过调
24、节旁通率，使进入干燥室的空气温度调控方便，可与物料在不同干燥阶段的温度与热量需要形成较好的匹配。但半开式热泵干燥装置的结构较复杂，调控管理的难度较大，且仍有部分废气排入环境。3） 封闭式热泵干燥装置封闭式热泵干燥装置，干燥空气在封闭的风道中循环流动，不向环境排出废气，也不从环境中吸入空气，没有新空气的预处理负荷，也没有对环境的废气污染。由于其封闭性，对于含有挥发性成分或易氧化成分的干燥物料，可以釆用该装置进行干燥，且有利于对干燥物料中易挥发性成分的回收。综上所述，本课题采用封闭式热泵干燥装置，重点设计封闭式热泵干燥装置电控系统。2.4热泵干燥装置的控制要求根据工业设备现场状况，计有：压缩机1台
25、、干燥风机4台、室外风机1台、上送风机2台、干燥输送带电机2台、布料器电机1台、进料电机1台，设计其PLC控制系统原理图、选型相应的电器元件、完成控制程序的编写，以满足生产的要求。程序设计应完成依据热泵干燥系统工艺要求多台设备多批次启动、干燥过程温度的测量与调整、湿度的测量、过热能量的发散、故障的识别与处理、运行数据的外部显示与设定、设备的多批次停止。第三章 热泵干燥装置电控系统的硬件设计3.1系统概述根据热泵干燥系统工艺要求，热泵干燥装置的电控系统要实现多台设备多批次启动和停止，干燥过程温度的测量与调整、湿度的测量、过热能量的发散、故障的识别与处理、运行数据的外部显示与设定等功能。本系统利用
26、工业组态软件开发出对多台多批次监控界面，可对温度、湿度进行自动检测、显示、归档、调控和报警，当温度或湿度超过设定的上、下限值时，可自动产生报警信息，并对温度或湿度进行调控，直至报警解除。通过系统的监控主界面上的操作控件，可以方便查看干燥过程中的干燥介质温度实时曲线、湿度实时曲线、干燥曲线、风速曲线及报警信息等。下位机以PLC为核心，构成只能仪表测控系统，主要控制对象是现场的各种测量机构和执行设备。每台设备的PLC跟上位机通过RS485总线进行实时通讯，实现一台上位机对多台设备多批次的操作。3.2热泵干燥装置电控系统的方案设计本电控系统分成两级控制，由上位机和下位机两部分组成20。下位机作为现场
27、控制级，以可编程控制器PLC为核心，构成只能仪表测控系统，主要控制对象是现场的各种测量机构和执行设备，如各种传感器、电磁阀、干燥风机等。上位机为监控管理级，主要是一台欧姆龙NP5-MQ001B触摸式可编程终端，控制对象是现场的下位机可编程控制器PLC，主要任务是采集下位机的实时测量数据，并把这些实时数据存入实时数据库中，通过监控界面可以调整下位机的工作状态，根据干燥工艺设定参数，并在线传送至下位机，控制干燥过程的进行。如图3.1所示，上位机与下位机之间的连接通过RS485总线进行通讯，这种接线方式为总线式拓朴结构，在同一总线上最多可以挂接32个结点，排除一台上位机后，最多能连接31台设备。图3
28、.1 多台设备电控系统连接图如图3.2所示，这是一台热泵干燥装置电控系统的总体结构图。图3.2 电控系统总体结构图3.3电控系统的下位机硬件设计3.3.1下位机（PLC）可编程控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统，它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行顺序控制、逻辑运算、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字量输入输出或模拟量输入输出，控制各种类型的机械动作过程。PLC的功能非常全面，既可以进行开关量控制，又可以进行模拟量控制，功能模块化，扩展性好，通用性强，并且还能与计算机联成网络，实现分级控制。是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。欧姆龙SYSMAC-CP
29、系列可编程控制器是一种小型的PLC系统，其功能非常强大，许多功能可以达到大、中型PLC的水平，而其价格却和其他小型PLC一样。欧姆龙SYSMAC-CP系列中的CP1H是用于实现高速处理、高功能的程序一体化型PLC。配备与CS/CJ系列共通的体系结构，与以往产品CPM2A 40点输入输出型尺寸相同，但处理速度可达到约10倍的性能。CP1H CPU单元包括X（基本型），XA（带内置模拟量输入输出端子），Y（带脉冲输入输出专用端子）3种类型。这里我们使用带内置模拟令输入输出端子的XA类型PLC。欧姆龙CP1H-XA型的技术参数如下：1）CPU单元本体，内置输入24点/输出16点。2）CPU单元本体，
30、可实现高速计数器4轴、脉冲输出4轴。3）内置模拟电压/电流输入4点、模拟电压/电流输出2点。4）通过扩展CPM1A系列的扩展I/O单元，CP1H整体可以达到最大320点的输入输出。5）通 过 扩 展CPM1A系列的扩展单元，也能够进行功能扩展（温度传感器输入等）。6）通过安装选件板，可进行RS-232C通信或RS-422A/485通信（PT、条形码阅读器、变频器等的连接用）。7）通 过 扩 展CJ系列高功能单元，可扩展向上位/下位的通信功能等。如图3.3所示，自带的模拟量输入点有4路，模拟量输出点有2路，已经可以实现热泵干燥装置的系统控制要求了，欧姆龙PLC提供的丰富的扩展模块，可以更加灵活的
31、配置系统的电控系统，满足不同种类的热泵干燥装置的要求。这里我们只用到CP1H-XA主体PLC就能满足现场热泵干燥装置的电控要求了。图3.3 CP1H-XA CPU单元基本结构图3.4 CP1H-XA实物图3.3.2上位机这里上位机使用欧姆龙PLC配套的可编程终端(PT)，欧姆龙公司提供的NP系列的可编程终端，具有多种特色、功能强大，便于快速有效的创建各种直观的操作画面，方便工程人员的对界面的修改和维护21。如图3.5、图3.6所示，NP系列可编程终端技术参数：5.7寸触摸屏，外置6个功能键，206.4MHz的32位CPU；内置接口：通信口2个(COM1：RS-232C专用，COM2：RS-48
32、5/422切换），USB口2个（USB 画面传送，支持U盘）。提供编程组态软件NP-Designer给客户自定义人机界面。图3.5 欧姆龙NP5可编程终端正面图3.6 欧姆龙NP5可编程终端背面图3.7 欧姆龙NP5可编程终端实物图3.3.3内置模拟量输入输出模块欧姆龙CP1H-XA系列PLC内置模拟量输入输出模块。有4路模拟输入，2路模拟输出，电压输入信号量程为0-5V、1-5V、0-10V、-10-10V，电流输入输出量程为0-20mA、4-20mA，分辨率为1/6000或1/12000，转换时间1ms/点。图3.8是CP1H-XA系列的内置模拟量输入输出模块。图3.8 模拟输入输出端子台
33、PLC内置的模拟量输入输出模块已经可以满足热泵干燥电控系统的模拟量要求了，如果点数不够，可以连接CPM1A系列的扩展单元。3.3.4传感器的选型3.3.4.1温湿一体传感器针对低温干燥的要求，本系统采用了奥地利E+E公司的EE10-FT6的高性能温湿度综合变送器22。该传感器釆用优质温敏和湿敏元件，配合稳定可靠的信号处理电路，将环境温度和湿度转换成与之对应的直流电流输出，具有精度高、延滞底、稳定性好等特点。其技术参数如下:(1)传感分度号：Pt1000(2)辅助电源24VDC供电;(3)温度量程:0-50;湿度量程:0-100%RH;(4)输出范围:DC4-20mA;(5)温度精度:0.1;湿
34、度精度:1.0%;(6)输入阻抗:500;(7)接线方式:三线(电源正端、温度输出线、湿度输出线)。3.3.4.2 风速变送器本系统采用的是奥地利E+E公司的EE65系列风速变送器。EE65系列风速变送器是精确通风控制领域测量风速的理想选择，其以创新的热膜风速计为工作原理，所使用的E+E薄膜敏感元件在低风速时仍能保持高精度，这与利用一般温度传感器技术或NTC珠粒热敏电阻技术的传统风速计相比，具有更加明显的技术优势。而且，E+E敏感元件抗污染能力强，这就意味着它有很高的可靠性并降低了维护成本。EE65系列风速变送器既可以是电流输出，也可以是电压输出，测量范围和响应时间都可由用户跳线选择，由于本变
35、送器对方位角依赖关系很小，因此使得安装容易且花费很少。其技术参数如下:(1)工作温度范围:-10 - +50;(2)存储温度范围:-30 - +60;(3)测量范围:0-10m/s、0-15m/s、0-20m/s(可跳线选择);(4)测量精度:(0.3m/s+ 3%的所测值);(5)输出信号:DC0-10V，DC4-20mA(可跳线选择)。3.3.5变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微
36、处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。本系统选用西门子MM420系列变频器23。MM420系列变频器是用于控制三相交流电动机速度的变频器。该系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W到三相电源电压，额定功率11KW可供用户选择。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行时的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护
37、。MM420具有缺省的工厂设置参数，是给简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置，它既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中本系统中。采用西门子MM420变频器主要用来：（1）调节风机转速，得到稳定的干燥介质(空气)流量，使冷凝器、电加热器、蒸发器与湿空气的热量充分交换;（2）对压缩机电机进行调速，控制热泵系统的运行。3.3.6继电器继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是
38、用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本系统选用的是施耐德LC1系列电磁式交流接触器和LR2系列热继电器。3.3.7电磁阀电磁阀（Electromagnetic valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。根据所设计装置工作的要求，选用意大利卡士
39、妥电磁阀。其主要技术参数为:(1)型号:1064/4，1070/5;(2)最大工作压力:3.2Mpa; 4Mpa;(3)温度范围:-35 - 105，-35 - 110;(4)联接型式:螺纹;(5)适用工质:制冷剂。3.3.8 RS485通讯接口RS-485总线是工业现场使用广泛的一种现场总线，RS-485的电气特性：(1)采用差分信号负逻辑，逻辑0”以两线间的电压差为+(26)V表示；逻辑1以两线间的电压差为-(26)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。(2) RS-485的数据最高传输速率为10Mbps
40、。(3)RS-485接口是采用平衡驱动器和差分，接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。(4)RS-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps，传输速率与传输距离成反比，在100KpbS的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。3.4热泵干燥装置电控系统的电路连接3.4.1下位机与继电器的连接下位机控制的执行器（电机）需要经过继电器，保证电控系统的安全可靠。如下图3.9所示，CP1H-XA40D
41、R输出端子与继电器的连接。图3.9 PLC输出端子与继电器的连接3.4.2模拟量模块与传感器的连接在本电控系统中，各种传感器采集信号（温度、湿度、风速）均是模拟量，变频器控制需要模拟量输出控制，如图3.9，图3.10分别是欧姆龙CP1H-XA PLC内置模拟量的输入模块，输出模块的连线图。图 3.9模拟输入的布线图 3.10模拟输出的布线如图3.11所示，传感器检测回来的4-20mA电流信号，经过内置模拟量模块AD转换后，在6000分辨率时，线性的变成0000-1770Hex（0-6000）；12，000分辨率时被转换为00002EE0 Hex（012，000）的数字量。图3.11 4-20m
42、A输入信号的转换数据3.4.3上位机与下位机的通讯接口欧姆龙CP1H-XA PLC最大可安装2个串行通信选件板（RS-232C1端口或RS-422A/4851端口）可实现同时连接计算机、PT、CP1H、各种组件（变频器、温度调节、智能传感器等）。如图3.12所示，上位机可编程终端PT通过RS-232C与PLC上的CP1W-CIF01选件板上的RS-232C连接。图3.12 PLC与可编程终端PT的连接第四章 热泵干燥装置电控系统的软件设计本系统的软件设计包括下位机PLC程序设计和上位机可编程终端PT的监控系统设计两个部分。系统软件总体设计如图4.1所示。图4.1 系统软件总体结构4.1下位机P
43、LC程序设计整个控制系统的自动控制流程如图4.2所示。图4.2 系统控制流程图程序首先初始化，初始化内容包括设备的运行状态、要启动的设备号。根据热泵干燥系统的工艺要求，进行多台设备多批次启动、停止。设备运行期间的自动控制流程如图4.3所示。图4.3 系统自动控制流程图参数初始化包括更新系统控制参数，采集各类传感器的数据信号并将数据信号进行工程值转换。控制部分的第一个动作是采用变频器模块启动干燥室风机，根据实时温度和设定值对比，确定变频档位，驱动风机。如果风机已启动，则置位风机状态标志位，因为风机启动是启动控制压缩机变频器的先决条件。接下来进行温度判定，若温度低于设定范围，则进入暖机阶段: 压缩
44、机以最高频率工作并且开启辅助电加热器;如果温度进入设定范围，关闭辅助电加热器，同时调用温控模块进行温度控制。在温度控制的基础上调用湿度控制模块进行湿度控制。因为暖机阶段湿度受温度影响很大，所以在暖机阶段不需要调用湿度控制模块。最后对数据进行加工处理，计算出干燥数据，上位机将调用这些数据。湿度控制在温度进入设定范围后才具有意义，中途除湿是通过比较实时湿度值与设定值，调用湿度控制模块，控制升温电磁阀和降温电磁阀的开启，切换主冷凝管路和辅助冷凝管路，降低干燥室内温度到露点，使干燥室内湿空气达到饱和凝结成水分，达到除湿的目的。对于全封闭式热栗干燥系统，中途去湿会降低干燥室温度，延缓干燥进程，所以在设计
45、实验时有必要计算物料含水量和干燥室内湿空气的容量。4.2上位机监控系统的设计上位机监控系统需要实现对多台设备状态的监控，包括启动、停止等基本功能。还要对关键的运行数据进行显示与设定，故障的显示与报警，对温度、湿度曲线的显示等功能。本系统上位机监控系统采用欧姆龙公司提供的NP-Designer完成开发设计。NP-Designer组态软件是专门提供给欧姆龙NP系列可编程终端触摸屏的，主要用于对生产过程进行监控。图4.4 是NP-Designer软件的编程界面，功能强大，操作简单，配有多种工业组件模块，界面设计灵活。图4.4 NP-Designer编程界面利用NP-Designer软件对整个控制系统
46、进行了设计开发，监控系统由主监控界面和若干辅助监控界面组成。主监控界面如图4.5所示，具有对多台设备状态的监控，包括启动、停止等基本功能。还有设备的故障报警信号的显示。图5.5 热泵干燥装置监控系统主界面由上面主界面点击设备1按钮，进入设备1的参数设置界面，如图5.6所示，这里包括了系统最重要的3个参数（温度、湿度、风速）的设置和显示，点击界面中的温度曲线按钮，会进入设备1的温度曲线显示界面，湿度曲线按钮会进入湿度曲线显示界面，风速曲线按钮会进入风速曲线显示界面。图5.6 设备1参数设置界面在系统的运行过程中，监控系统通过友好的人机界面提供被检测变量温、湿度等的实时数据显示。当发生异常情况时发出报警信息，操作员可以通过点击报警界面查询报警的原因，制定相应策略。根据监控系统提供的实时数据曲线和热泵干燥的工艺要求，操作员可以不断改善控制策略。监控系统使上位机和下位机有机结合在一起，通过各监控界面实现对整个热泵干燥过程的实时监控。至此，热泵干燥控制系统设计完成。4.3本章小结本章主要叙述了热泵干燥系统的软件设计，包括下位机PLC程序设计和上位机可编程终端PT的监控系统设计两个部分，并利用CX-ONE软件编写PLC控制程序，NP-Designer软件编写NP5触摸屏的人机界面。