热风干燥脱水蔬菜控制系统的设计和实现 机械工程及其自动化专业

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1、热风干燥脱水蔬菜控制系统的设计DESIGN OF CONTROL SYSTEM FOR HOT AIR DRYING AND DEHYDRATING VEGETABLES摘要蔬菜的脱水保存时间长，运输方便，卫生状态好，维生素等营养素的损失少。目前我国在食品行业方面，蔬菜脱水的地位极其重要。蔬菜脱水可以利用多种技术来实现，其中热风干燥最为普遍的一种技术。它的优点在于所得到的蔬菜的数量多，同时相较于其余方法成本较低，生产速度也很快。本文研究的热风干燥系统的热风源是由锅炉加热的蒸汽，通过翅片热交换器和植物脱水用感应风机传送到烤箱。本论文的主要内容如下：蔬菜脱水车间的为了实现自动化控制蔬菜脱水的流程，

2、利用西门子的PLC进行运作，以方便实行电气自动化。感应风扇的速度由频率转换器控制，高温蒸汽的流动由电控制阀控制。为了满足蔬菜脱水过程的管理要求，决定了选取符合实际的方法，采购专业电气元件设备，设计电气系统的线路图。在蔬菜进行脱水的过程中，温度管理非常重要。本文设计了PID控制法来控制热风温度。编译PLC程序，使用WinCC软件设计人机接口，实时显示蔬菜脱水装置的温度和湿度值，监视生产操作，根据各种蔬菜设定适当的温度和湿度值的品种。结果表明，所设计系统符合整个工艺流程的需求，可以在一定程度上降低能耗。关键词：PLC；可编程控制器；PID；热风脱水蔬菜AbstractThe dehydrated

3、storage time of vegetables is long, the transportation is convenient, the sanitary condition is good, and thelossofvitaminsandothernutrientsisless.Vegetabledehydrationaccountsforalargeproportioninthemarket.Hotairdryingisaprocessingmethodwithhighyield,loweconomiccostandhighproductionefficiencyinveget

4、abledehydrationproduction.The hot air source of the hot air drying system studied in this paper is the steam heated by the boiler, which is transmitted to the oven through the fin heat exchanger and the induction fan for plant dehydration.The main contents of this paper are as follows: the control s

5、ystem of vegetable dehydration workshop is constructed by Siemens PLC, which realizestheautomaticcontrolofvegetabledehydrationworkshopequipment.The speed of induction fan is controlled by frequency converter, and the flow of high temperature steam is controlled by electric control valve. In order to

6、 meet the management requirements of vegetable dehydration process, theappropriatemanagementschemewasdetermined,therelevanthardwareequipmentwasselected,andthewiringdiagram of system hardware was designed. When vegetables are dried by hot air, temperature management is very important. In this paper,

7、PIDcontrolmethodisdesignedtocontrolthetemperatureofhotair. Compile PLCprogram,useWinCCsoftwaretodesignman-machineinterface,real-timedisplaythetemperatureandhumidityvalueofvegetabledehydrationdevice,monitortheproductionoperation,andsetappropriatevarietiesoftemperatureandhumidityvalueaccordingto vario

8、us vegetables.The results show that thetemperaturecontrolofthecontrolsystemfullymeetstherequirementsoftheproductionprocess,improvesthedegreeofautomationandsavesenergyconsumption.Keywordsplc programmablecontroller pid hotairdehydratedvegetables48目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 本文主要工

9、作22热风干燥控制系统32.1 热风干燥脱水蔬菜的工艺原理32.2控制系统的概述32.3控制系统的工作原理43热风干燥控制系统硬件设计73.1 控制系统方案的设计73.1.1 温度和湿度读数设计83.1.2 引风机的速度控制设计83.1.3 温度控制设计93.1.4 监控软件设计93.2 控制系统电气原理图设计93.2.1 主电路93.2.2 PLC接线图113.2.3 除湿风机控制电路图184热风干燥控制系统成本核算与可持续发展194.1 控制系统硬件选型与成本核算194.1.1 温度传感器204.1.2 湿度传感器204.1.3 变频器214.1.4 电动调节阀224.2 控制系统设计与可

10、持续发展关系235热风干燥控制系统控制策略与软件设计255.1PID控制控制器设计与分析255.2PLC控制程序设计275.2.1程序结构275.2.2程序设计275.2.3温度子程序设计305.2.4 引风机控制子程序设计315.3上位机监控界面开发设计32结论35致谢37参考文献381 绪论1.1 课题研究背景及意义中国自古以来就是农业大国，目前在整个农业生产领域中果蔬的生产占有很多的市场分额，保证了可持续发展的要求。蔬菜由于各地区气候条件不一，生产的种类各不相同，地域性和季节性特征相对较强。新鲜蔬菜水分多，量多，比较容易坏，运输和保管过程中会产生严重的废弃物。据统计，从田地到餐桌的蔬菜年

11、损失达到几百万公斤。但是由于蔬菜生产加工技术的发展，目前缓解了在运输途中造成浪费的问题，可以长期保存，蔬菜的经济优势也会进一步提高1,2。人工加工后的脱水蔬菜可以在短时间内去除新鲜蔬菜的水分，维持蔬菜原本的外征，内在的维生素等组分不会流失的同时可以保证具有新鲜蔬菜的口感。经过脱水处理的蔬菜通过合适的储存条件下具有很长的储藏寿命。干燥蔬菜的颜色、味道、营养、外观基本不变，便于保管和运输，因此广泛用于便利食品，深受食品制造商和消费者的喜爱。近年来，国内外脱水蔬菜的市场需求逐年增加。我国得益于生产技术的快速发展在世界上占据庞大的市场，目前占据全球市场的70%，并且增速明显。虽然我国相关产业高速发展，

12、但是不可避免的也存在着很多短板。首先，大部分的公司的整个生产流水线过度依赖能源企业，资金投入过高，质检不稳定，得到的加工品良莠不齐，不能满足越来越高的市场要求。因此，在目前的食品加工的市场要求下，各大企业既要提高生产数目，又必须提高生产品的质量。基于这种市场要求，急需开发一种低能耗，符合绿色生态环境要求，具备完整自动化的技术，以方便解决目前存在经济效益和生态环境上存在的短板。而PLC技术便符合此要求。特别是西门子PLC的完全集成自动化的概念、分散型机器的集中管理，以及这个概念的脱水生产的适用。蔬菜通过脱水工艺装置更好地控制脱水过程，改善脱水蔬菜的品质，提高单位产量，从而符合发展的要求3-5。1

13、.2 国内外研究现状目前进行蔬菜脱水的机器呈现多元化的趋势，各种设备良莠不齐，目前，蔬菜脱水常用的方法有热风干燥、真空冻结干燥、微波干燥、远红外线干燥，单一或者综合脱水法。其中最常用的利用温度较高的风进行干燥的办法一般在真空或者微波条件下进行，这两种办法各自有独特的特点。在微波环境下进行脱水的技术是将材料中水分的微波吸收特性使水分子振动发热，将蔬菜的水分转换成蒸汽实现脱水。微波干燥消耗相对较低的能量，证明适合低含水率。但是，微波干燥适合因为本身特点，不适合在大型脱水处理中使用。在真空条件下的技术则是利用水的三相性，让其从冰转化成水汽，以此来达到脱水目的。本产品的优点是高质量、低氧化度、保持生物

14、活性以及低营养素的损失。不利的是复杂的技术、高价格、定期维护、运营成本的增加以及高能量消耗。热风干燥的研究现状：热风干燥是一种设备价格低、处理能力高的传统干燥方法，因此，热风干燥是蔬菜脱水的主要技术之一。目前该法主要的技术难题在于提高能效和自动化上。它的能源从木材向煤炭和天然气进化，根据环境条件，脱水蔬菜加工企业主要使用天然气作为主要能源7-9。1.3 本文主要工作本设计着重对于热风干燥设备的参数、具体设备构成以及管理方案的应用进行研究。重点内容如下。（1）对于目前市场上现存的干燥技术进行分析，研究整个工艺流程。主要着重点放在了温度的控制技术之上。在经过分析各种参数后进行了整个设计方案的确定和

15、改进。（2）根据方案的特性，提出PLC的电子元件的方案。根据具体情况分析选择模拟、TS和HS的确定，控制器模型的选择，以及干燥脱水流程的电子控制系统图的确定。（3）由于各种生产物进行干燥的温度不同，因此本次设计利用PID控制器来进行温度的把控。（4）整个设计利用西门子编程开发的PLC进行实时监控在上部电脑监视系统中使用WinCC软件进行人机界面的设计。2热风干燥控制系统2.1 热风干燥脱水蔬菜的工艺原理蔬菜在干燥之前，应选择适当的成熟度（通常为8成熟），新鲜而不腐败的原材料。一般来说，我国居民日常饮食结构中的主要蔬菜都符合进行脱水的条件。在干燥之前，蔬菜要先去腐烂、起皱、生病的部分。除了所有种

16、类的甜瓜种子和肉之外，其他种类的蔬菜都可以用干净的水洗。必须清除脱水蔬菜表面的污垢和淤泥，保持盘子的清洁，提高外观和产品质量。然后将原材料切入条状、丝绸或片状，以满足食品要求，扩大表面积，促进干燥。第二，在高速离心机中通过低速转速去除掉材料上附着的水，借此提升后续流程的效率。在这个过程中，机器的转动速度不要太快。否则，干燥蔬菜的边缘和角就不明显了，形状就不漂亮了，而且会去除新鲜蔬菜的营养素。一般来说，离心分离机的旋转速度是500-700r/分钟。上述预处理后，蔬菜可以干燥10-14。热风干燥脱水蔬菜的原理是利用高温产生的水蒸气，利用烧水设备将特太水转化成气态，随后使用专门设备将其收集起来，通过

17、引风机的连接，使得水蒸气中的热能呗输送到外界气流之中（85）。随后将加热过的空气通到进行干燥的设备中，利用高温的干风带走蔬菜中的水分。蔬菜的水分从毛细管的开口部向外扩散，完成整个操作。这种方法是依托于最原始的自然晒干进行的工业化的改进。使得整个流程的效率提高十几倍。同时因为整个流程并不算发杂，因此设备投入小，可同时操作的可行性高，有效的提高产量。是我国目前为止采用最广泛的一种干燥方式。2.2控制系统的概述整个技术的控制方式如下图2-1所示。使用单个锅炉进行水的加热后将高温水蒸气输送到二十台脱水设备中。单个干燥机一般可以容纳一两百公斤的原材料，单个系统经过一次干燥流程后，最高多可以同时进行五吨的

18、材料的脱水处理图2-1控制系统结构图20个蔬菜脱水机配置成2个部分，每部分有10个。锅炉加热产生的高温蒸汽，通过管道向各蔬菜脱水机提供热源，冷凝水通过管道返回锅炉。蔬菜干燥机的结构示意图如2-2所示。通过这是由翅片式热交换器、蒸汽阀门、引风机、不锈钢烤箱、湿气收集罩和排湿风机构成的。详细安装结构图显示在虚线框的部分。图2-2热风干燥脱水机的结构图整个系统主要的工作方式具体如下：经过锅炉加热的水汽进入到在翅片换热器中进行热能的交换，利用完的废水则继续流回锅炉之中。引风机和换热器相靠近，通过不锈钢底部的空气管将加热后的热风送至烤箱。将网状物的隔板放入烤箱，将干燥的蔬菜和不锈钢制烤箱放入空气。用集水

19、罩收集的水分，通过被诱导的水分通道流到整个系统之外。从外界吸入冷空的的体积和速度由转换器决定，需要根据原材料实时干燥的过程需要进行调整，确保不影响脱水蔬菜的品质，节约能源。蒸汽阀是由电控阀控制的，电感风扇的风速和蒸汽的量一起决定热气出口的温度。未变更的脱水机的引风机以一定的速度运行，空气量通过手动调整减震器的尺寸来控制。蒸汽阀是手动控制的，蒸汽流向换热器是通过手动旋转阀来控制的。干燥机的不锈钢烤箱是开放式的。2.3控制系统的工作原理整个控制系统的框图如2-3所示。在脱水和干燥的过程中，控制系统将预处理好的蔬菜放在隔板上，盖上集水罩，按开始按钮打开除湿风扇，频率转换器控制引风机，电动调节蒸汽阀的

20、开启。通过引风机的时候，被吸入的气流吸收热量增高温度方便后续进行干燥。整个系统刚开始运转时，因为原材料在最开始赋水率较高，因此采用最大风力进行干燥，通过TS检测烘干装置内的温度，利用PLC使其维持在85左右。图2-3热风干燥脱水机的控制系统框图随着干燥时间的增加，应当及时控制电气控制阀的开放、通过换热器的水气的体积和干燥气流的温度。温度的选定依托于原生产材料的变化。当进行干燥时，蔬菜的水分会减少，重量会减轻。引风机的风速不能使用最大风速。首先是目前用不到太高的风速，为了降低经济成本，另外整个工艺需要维持原生产材料的完整和原始性，过快的气流会使得质量降低的材料撞击在设备表面导致变形，得不到完整的

21、加工产品。所以说，在脱水过程中，引风机的风速要调整。在上述操作过程中负面的因素是因为调节风速所以导致了干燥热气流的温度不能稳定。为了解决这个问题，应该实时进行电控阀的关断，或者是及时打开电控阀，让干燥热气流的温度稳定下来。随后在气流的影响下，材料在封闭空间内会顺着气流会堆积在一处，因此在整个流程之中应当使用搅拌器使得材料分开，充分受热进行干燥，使蔬菜受热均匀，有利脱水。通过对TS的利用检测整个干燥设备中的温度，符合标准后就关闭整个进风转换的系统。在效率方面，单个锅炉可以提供所有脱水器所需要能量的五分之一。在整个烘干过程中，并不是所有烘干装置都始终保持工作状态，其过程并不是完全一致的。一部分的干

22、燥设备完成工作以后，会关闭所有的进气阀门。未进入的蒸汽便会回到锅炉中导致温度升高。针对这种情况，应该根据气压控制阀的气体量来控制燃料的多少，使锅炉的温度达到适当的范围。3热风干燥控制系统硬件设计3.1 控制系统方案的设计本次设计利用西门子公司的可编程逻辑控制器进行设计，借此完成整个操作流程。具体型号是S7-1500。整个系统之中所需要用的数据源主要是所有干燥设备的温度和烤箱内的湿度。PLC所作用的对象是引风机、电动控制阀和除湿风机，操控他们工作的状态。环境参数则通过传感器进行检测。引风机的速度和电控阀的开放由PLC控制。整个系统的控制设计构造如下图3-1。图3-1脱水蔬菜控制系统结构图整个设计

23、之中所需要的硬件数量如下：二十一个TS，二十个HS，二十个电动调节阀，单个气动调节阀，二十个引风机和二十个排湿风扇。感应风机通过频率转换器来控制，电阀的反馈信号会发送给PLC。为了及时监测到各种状态的变化，接收到各种提示，数字信号系统将采用到六十一点数字输入信号和八十点数字输出信号，六十二个模拟输入信号和四十一个模拟输出信号，引风机需要变频器进行控制，电动阀门的反馈信号需要送入PLC。本文介绍的热风干燥系统结构较复杂，为了提高生产管理效率，采用PROFFINET I/O系统，构成了具有管理和网络监视功能的，分布式 I/O 的网络结构，提高了产品的单位产量，能够更有效的进行管理生产。（1）PRO

24、FFINET I/O系统的部件主要是CPU 1516-3PN/PD与数字化模拟输入模块。它在整个系统中控制十台干燥机和各种电信号、TS和HS等来源于这些设备的信号、同时可以操作引风机、电控阀、除湿风机等。供热装置的温度和控制装置的正常运行也可以通过此系统进行操作。（2）PROFFINET I/O系统的I/O设备是通过ET200MP和数字及模拟输出模块组成，集中操作余下的十台干燥机。主要是收集整个系统中的信息从而对相关设备进行操作等。（3）整个计算机局域网将建立PLC CPU和上层电脑ET200MP间的信息传递。后者主要对全部的干燥过程进行监测，动态显示实时温度和湿度，在系统出现故障时可以及时提

25、醒脱水装置的工作状况的现场监控等。（4）操作室设有控制盘和上电脑。操作人员可以根据蔬菜的种类设定不同的脱水温度，通过上面的电脑发送给PLC，根据需要将所有的脱水和干燥蔬菜机器烘干，随后进行正常的脱水操作。考虑到整个工艺流程存在着一定的复杂性，因此整个系统利用自动化和手动化的模式双模式共同操作的方式。在自行控制下，上位机是主要操控，将各种参数通过电路信号发送给各个部件，控制各元件的正常工作。在后者操控模式下，需要人为的根据不同的状态进行各种设备的调整，上位机不发挥作用，仅仅负责所有参数变化的监测。3.1.1温度和湿度读数设计在整个工艺流程之中，是否能得到品质高的产品是多方面的因素决定的，其中对于

26、温度的把控是主要的过程，它决定了原料的干燥效率和质量。温度传感器和湿度传感器的作用是：温度由温度传感器收集。各烤箱下方配置了温度传感器，用于监测内部温度，为控制系统和显示系统提供数据。HS是将蔬菜用热风加热脱水后，为了收集机器内的湿度，将其配置在水汽收集装置的内部。TS和HS将不同电流值的电信号传输给PLC系统，随后经过A/D转化和对信号的分析后传递给CPU。信号分成两个传输路径，分别到PLC和操作界面上，使操作员能够在一定时间内理解蔬菜的脱水工作15-17。3.1.2 引风机的速度控制设计引风机通过VFD对整个热气流速度进行操作，进一步影响整个系统中的温度参量。根据蔬菜脱水的进程，需要调节引

27、风机的转速，热气流的具体温度取决于两个设备因素：阀门的开合大小和引风机的风速和热水气的体积。所有通过烘干装置的气流均是由电感风扇进行操作的。风速对于最终生产品品质有一定量的影响，第一是气流会对温度产生作用，使其不稳定，第二是当原料的水分质量变轻后，就没有必要保持高风速了。所以说，利用VFD的设计对于成本控制，提高经济效益和节能减排有重要意义。在整个干燥过程中，首先HS测定内部的水分含量，通过信号的转化将数据传递给PLC。PLC由本身提前预定完成的相应值，随后将参数发送给VFC达到操纵信号的目的，反馈在引风机上变更它的速度参数。当湿度传感器检测到湿度下降30%RH时，其速度将变更为原本的五分之四

28、，下降70%时，则速度更改为原本的一半。维持该速度，直到湿度降为15%RH，原材料的干燥过程便完成18。3.1.3温度控制设计依据蔬菜脱水处理的标准，气流温度和湿度应该在不同阶段进行不同设定。如表3-1所示。一阶段二阶段三阶段热风温度()857565湿度(RH)70300表3-1 蔬菜脱水标准一般来说，干燥机器的气流温度由蒸汽量和感应样机风速影响，难以控制。感应样机风扇的速度发生变化时，需要将调整阀打开，控制电气控制阀的阀打开，调整蒸汽量，用以保持好气流的温度。为保证锅炉内温度在合理的范围内，通过POD对电气控制阀的操作便可以改变速度。温度控制随着干燥的进程进行动态调整，不仅可以提高质量，也符

29、合绿色发展观的理念19。3.1.4 监控软件设计利用西门子的WinCC进行整个流程的监测，并且可以显示当前状态下的各种参量。并选择了高级计算机软件，以满足各种蔬菜干燥过程的要求，在线更改温度和湿度设置被选择。这个设计可以帮助操作者对于现场情况进行了解，从而提升质量20,21。3.2 控制系统电气原理图设计本设计采用西门子S7-1500传感器。所需要的参量主要是气流温度和烘干装置的湿度。温度由温度传感器收集，湿度由湿度传感器收集。感应风机的速度和电控阀的开放由PLC控制。系统的电气控制概略图包括引风机的主控制电路、排气风机的主控制电路和控制电路、PLC布线图。依托于PROFFINET I/O的方

30、式，进行四方面的操作：PLC、ET200MP和两个VFD。在这四个方面之中，PLC控制盘和频率转换器继电器控制盘构成PLC控制组；ET200MP控制盘、频率转换器和继电器控制盘共同组建了控制组，依次对各组烘干机进行操作。不同组的连线方式相同。本次设计只研究PLC控制小组的主电路和控制电路的配线22-25。3.2.1主电路主要控制电路由双部件所共同控制。通过VFD操控引风机与电压AC对风机进行控制。变频器分为两组，第一组10台变频器分别控制10台引风机，第二组也同第一组一致。在整个控制电路上配置了在端子启动模式下的变频器。依据电压的改变值将电信号转变成数字信号，得以对引风机的各项参数进行更改，从

31、而控制进入烤箱的干燥的热风的温度。热风温度自动调节的完成取决于电动阀门的开度。这个参数在控制策略上，采用PID控制。如图3-2所示。图3-2引风机控制主回路第2部分操作着整个系统中的除湿设备。如图3-3所示，借助于开关来控制除湿设备的动作和停止。图3-3 排湿风机控制主回路3.2.2 PLC接线图可编程逻辑控制器的PLC线路中由四个部分共同操作：数据量和模拟量的输入和输出板块。如图3-4所示。（a）A1是DI模块。作用是收集开始按钮、停止按钮、警报重置按钮等各种按钮的信号。各开关、按钮的详细说明见第17页。（b）A2和A4是AI模块，主要收集各种传感器和控制器的返回信号，在主机中显示参数。各传

32、感器的详细说明见17页。（c）A2和A4是AI模块，主要收集各种传感器和控制器的返回信号，在主机中显示参数。各传感器的详细说明见17页。（d）A6为数字输出模块，主要用于除湿风机、逆变器控制点、温度报警显示器的控制。各继电器和指示灯的详细说明见17页。（e）A8为模拟输出模块，各变频器的功能见18页。图3-4 PLC接线图A1是数字输入模块，主要接收开始按钮、停止按钮、警报重置按钮等各种按钮的信号。SA0为自动/手动转关开关；SB1为1#脱水蔬菜机启动按钮，SB2为2#脱水蔬菜机启动按钮，SB3为3#脱水蔬菜机启动按钮，SB4为4#脱水蔬菜机启动按钮，SB5为5#脱水蔬菜机启动按钮，SB6为6

33、#脱水蔬菜机启动按钮，SB7为7#脱水蔬菜机启动按钮，SB8为8#脱水蔬菜机启动按钮，SB9为9#脱水蔬菜机启动按钮，SB10为10#脱水蔬菜机启动按钮；SB11为1#脱水蔬菜机的停止按钮，SB12为2#脱水蔬菜机的停止按钮，SB13为3#脱水蔬菜机的停止按钮，SB14为4#脱水蔬菜机的停止按钮，SB15为5#脱水蔬菜机的停止按钮，SB16为6#脱水蔬菜机的停止按钮，SB17为7#脱水蔬菜机的停止按钮，SB18为8#脱水蔬菜机的停止按钮，SB19为9#脱水蔬菜机的停止按钮，SB20为10#脱水蔬菜机的停止按钮；SB21为1#温度报警复位按钮，SB22为2#温度报警复位按钮，SB23为3#温度报

34、警复位按钮，SB24为4#温度报警复位按钮，SB25为5#温度报警复位按钮，SB26为6#温度报警复位按钮，SB27为7#温度报警复位按钮，SB28为8#温度报警复位按钮，SB29为9#温度报警复位按钮，SB30为10#温度报警复位按钮。A2、A3、A4、A5是仿制输入板块，首要接受十一个热量感受装置、十个湿度感应装置、十一个操纵阀的回流数据，在上部计算机里实时展现热量以及湿度值。PIW4为1#热量感应装置，PIW6为2#热量感应装置，PIW8为3#热量感应装置，PIW10为4#热量感应装置，PIW12为5#热量感应装置，PIW14为6#热量感应装置，PIW16为7#热量感应装置，PIW18为

35、8#热量感应装置；PIW36为7#湿度感应装置，PIW38为8#湿度感应装置，PIW40为9#湿度感应装置，PIW42为10#湿度感应装置；PIW44为1#阀返回信号，PIW46为2#阀返回信号，PIW48为3#阀返回信号，PIW50为4#阀返回信号。A6、A7为数字输出模块，首要用于除湿风扇、逆变装置操纵点、热量报警显示装置的操纵。KA1为1#排湿风机继电装置，KA2为2#排湿风机继电装置，KA3为3#排湿风机继电装置，KA4为4#排湿风机继电装置，KA5为5#排湿风机继电装置，KA6为6#排湿风机继电装置，KA7为7#排湿风机继电装置，KA8为8#排湿风机继电装置，KA9为9#排湿风机继电

36、装置，KA10为10#排湿风机继电装置；HL1为1#脱水蔬菜机运行指示灯，HL2为2#脱水蔬菜机运行指示灯，HL3为3#脱水蔬菜机运行指示灯，HL4为4#脱水蔬菜机运行指示灯，HL5为5#脱水蔬菜机运行指示灯，HL6为6#脱水蔬菜机运行指示灯，HL7为7#脱水蔬菜机运行指示灯，HL8为8#脱水蔬菜机运行指示灯，HL9为9#脱水蔬菜机运行指示灯，HL10为10#脱水蔬菜机运行指示灯；HL11为1#热量报警指示灯，HL12为2#热量报警指示灯，HL13为3#热量报警指示灯，HL14为4#热量报警指示灯，HL15为5#热量报警指示灯，HL16为6#热量报警指示灯，HL17为7#热量报警指示灯，HL1

37、8为8#热量报警指示灯，HL19为9#热量报警指示灯，HL20为10#热量报警指示灯。A8、A9、A10为模拟输出模块，首要用于频率更换装置所需的电压信号的输出、引风机的电压频率的调整、引风机的速度和电流信号的调整。操纵电气操纵阀及阀的开放。PQW6为1#变频装置，PQW8为2#变频装置，PQW10为3#变频装置，PQW12为4#变频装置，PQW14为5#变频装置，PQW16为6#变频装置，PQW18为7#变频装置，PQW20为8#变频装置；3.2.3除湿风机操纵电路图为了更好地实现电气绝缘，确保生产的安全性，湿度排气风扇的AC电容装置线圈由中间继电装置操纵。接线如图3-5所示。图3-5排湿风

38、机操纵回路中间继电装置的线圈与PLC输出点连接，PLC操纵中间继电装置的线圈有无通电。中间继电装置的触点操纵接触装置的线圈，操纵除湿风扇的开始以及终止。比如，PLC操纵KA1的线圈，KA1的常开触点操纵电容装置KM1的线圈，KM1的首要触点操纵除湿风扇。4 热风干燥操纵架构成本核算与可持续发展4.1 操纵架构硬件选型与成本核算为了提高整个架构的自动化水平，本文的设计方法利用西门子的S7-1500可编程操纵装置建立操纵架构，增强设施的自主操纵等级；采取变频装置调试引风机速率，自动调节阀操纵热蒸汽的流量。该架构的PLC CPU使用具有两个PN端口的SiemensS7-1500系列CPU 151-3

39、 PN/PD，市场价格为1000元。可以使用工业用以太网将上级计算机连接到PLC。连接时，将网络电缆的一端链接至主机计算机的以太网端口，另一端链接至PLC的PNX2端口。重要的是要注意PC的IP地址和PLC的IP地址在相同的网络段上。电源采取PW190W120/130VAC，额定电流是八安，市场价格200元。可以满足功率要求。CPU和各个输入输出模块消耗电量的整合，并有着一定的余量。S7-1500PLC采用了模块设计，方便达到分散结构的目的，客户能够通过需要决定适当的模块。CPU有PROFIBUS、PROFFINET和其他用于通过PROFIBUS接口和别的设施通信的接口。当做PROFIBUSD

40、P接口使用时，接口上的CPU能够当做DP主站运用。CPU上的PROFFINET接口支持和PROFFINET设施、HMI设施、编程设施等其他架构的同时通信26-28。S7-1500PLC由中央处理装置（CPU）、电源模块（PS/PM）、输入输出模块（I/O单元）、通信模块（CP）及框架组成。（1）中央处理装置（CPU）：它的首要功能是履行程序履行。1500CPU有着极速响应时间、最多1ns的位命令履行时间、有效的故障分析性能以及优化的诊断机构。（2）输入输出模块（I/O单元）：首要用于取得和输出信号。输入模块从现场设施（开关、按钮、感应装置等）接受所有信号。CPU输出的操纵信号依据输出模块驱动现

41、场履行设施。（3）电源模块（PS/PM）：1500PLC的电力则有架构电源（PS）以及负载电力（PM）。架构电源模块首要根据底板总线给予的里面的电源以及负载电力。依据外部布线提供。（4）通信模块（CP）：首要功能是把几个比较独特的设施关联至网络上实施联通。（5）支架：首要用于固定PLC的各模块。架构的PLCCPU使用具有两个PN端口的Siemenss7-150系列CPU 151-3pN/PD。使用工业用以太网，可将上级计算机连接到PLC。连接时，将网络电缆的一端连接到主机计算机的以太网端口，另一端连接到PLC的pnx2端口。重要的是要注意PC和PLC的IP地址在相同的网络段。电源为pw190w

42、120/130vac，额定电流为八安。采取的准则是功率模块的输出保障CPU以及输入输出模块的总消耗功率，有适当的余量。4.1.1 热量感应装置通过热风干燥用脱水蔬菜控制架构的要求，需要及时检测热风出口的热量，防止脱水效率不足的热量影响，新鲜蔬菜热量过高导致蒸腾，影响干燥蔬菜的味道，使质量受损。想到干燥蔬菜装置的湿润工作背景，热量感应装置则要思考它的耐水性以及耐腐蚀性的特点。在此选择滚筒防水感应装置，型号为WZPT-035-GK，市场价格在60元，聚四氟乙烯镀银高温屏蔽线，耐腐蚀性，耐油性，耐水性等，420mA的电流输出，2线式架构热量测量范围为0200，满足架构所需热量要求。如图4-1所示29

43、。图4-1热量感应装置4.1.2 湿度感应装置根据操纵架构的操纵要求，需要实时测量烤箱内的湿度，调整感应风扇的速度，实时操纵高温蒸汽的电控阀的开放。湿度则采取电阻氯化锂湿度感应装置。由于蔬菜干燥箱里的大热量以及湿度范围很大，所以水分含量接近饱和，所以对湿度的要求很高。通过感应装置，可以在高温环境中正确测量湿度30。总结一下，如图4-2所示，选择了仁科的温湿度变换装置，价格为150元。感应装置和传送装置是不同的构造。感应装置被编入干燥烤炉，发送机被配置在湿度低的烤炉外。该热量和湿度的发送机为IP65保护等级、24V DC电源、420mA的电流输出、湿度测量范围为0%RH100RH，参数满足架构要

44、求，且性价比高。图4-2温湿度感应装置4.1.3 变频装置干燥程序终止后，蔬菜的水分含有降低，热需要则不是很多。此外，干燥蔬菜的重量会降低，因此无需强风，此时则要合理控制风扇的风速。从节能的观点来看，风扇的实际消耗功率与速度的3乘成正比。风扇速度下降的话，耗电会大幅减少。架构改变前，风扇速度保持不变，使用挡风机调整风量，电力消耗基本不变。为了满足实际生产要求，选择顶级驱动模型SQ580的矢量频率更换装置，市场价格为900元。如7D5G、图4-3所示，频率更换装置的额定电流15A、7.5kW下选择的电力、输入以及输出电压是三相三百八十伏。因为工厂电感装置当前功率是五点五千瓦，所以这个频率更换装置

45、可以如下所示。达到生产的预计目标31。图4-3变频装置4.1.4 电动调节阀电气操纵阀由电履行机构和操纵阀两部分构成。接收PLC发送的420mA的电信号，依据马达的旋转驱动架构的行动，变更阀片以及阀芯的截面积，操纵管道里介质的运动以及别的数据。达到自主调整图4-4所示的电气操纵阀、ZDLP单片柱塞型不锈钢阀芯、额定运转电压AC220V、输入信号4-20mA或DC1-5V、运转环境热量-20-200C，市场价格80元，参数满足架构所需要求。图4-4电动调节阀4.2 操纵架构设计与可持续发展关系随着现代科学技术的飞速发展，人类的产业也在不断扩大。通过增强对自然有害的能力来塑造人类社会的形象。他引进

46、了一种新的文化。与此同时，科学技术的飞速发展也带来了许多社会问题。在过去的十年里，世界上第一代人没有足够的食物。由于该架构的地质开采、可靠性和能源、战争危险和核武装置危险，人类的情况更糟。更糟糕的是，这个世界成了一个问题。在这种情况下，人们正在学习科学。所采用的技术创造了一片新的森林，促进了科学技术和社会的发展。1.长期发展是避免社会发展的选择。20世纪中叶以来，人们感受到了科技带来的喜悦和机遇。他发现环境、空气和水的污染被浪费了。地震、地震、粮食问题和人权组织的做法仅限于人类的需要和发展。作为人类，解放人类环境的四大后果不应过度使用其保护环境的能力。他们必须提高生活质量，但同时也必须提高生活

47、质量。我们要继续走下去，促进经济社会共同发展。中国政府对中国的长远发展非常重要，它被自然世界所包围。1994年，中国政府在区域发展中的权重为零。在制定这一建议时，中国首要领导人正在规划长期发展。在全国人大的讲话中，中国是一个缺水的国家。在我们准备的那一天，我们将展示一个坚实而可持续的未来。中国政府的发展源远流长，长期的发展决定了聘用和选择。这是参与和遵守的核心理念。这是实现经济和经济发展根本转变的途径。2.科技支撑可持续发展。今天，人类的生活和发展离不开科学技术。随着人类社会的发展，水、食物、能源、产地、环境等问题已经形成。科学技术的发展离不开科学技术的发展。现在的社会经过经济社会的成长满足了

48、后代的需要。你可以满足现代人的需要。这意味着需要长期发展。科学技术的发展使我们偏离了科学发展的观念可持续发展。不，人类生产力的科学技术将得到极大的发展。它会导致灾难。它促进了科学技术的进步，促进了可持续发展，这给了我们很大的帮助。科学技术是人类推动西方世界经济发展的社会。开发和开发先进的技术，为您的爱人奠定基础，分离产品，奠定基础。科学技术是提高发展效率的重要手段。未来，中国经济会越来越差。它对经济发展构成严重威胁。因此，中国在未来有一条经济发展的道路。它只会增强怀疑保存和使用的能力。日本的贸易实力是发达国家的五到十倍。这场巨大的灾难给我国带来了改善利用真相的巨大潜力。这说明科学技术是建立在可

49、靠性提高的基础上的。科学技术已经到位，以减少自然污染。可持续发展有可能减少和管理自然污染。关键是：建立低门槛、低门槛的工艺流程，在生产过程中改造中发展新能源技术，是治理污染的科学技术。科学技术21世纪以来，解决问题的长远发展目标不断提高。是的，是的。5 热风干燥操纵架构操纵策略与软件设计5.1PID操纵操纵装置设计与分析PID操纵是工业用操纵中最初期的操纵方法之一。具有简单的计算方式、优秀的坚固性、优秀的操纵品质特征。PID操纵的时域表达式，见公式5-1所示：（5-1）式中 KP代表比例系数；TI代表积分常数；TD代表微分常数；输入e(t)为偏差信号；u(t)为输出信号。PID操纵装置原理图，

50、如图5-1所示图5-1PID原理图在把PID操纵计算方式和计算机融合应用时，需要将连续操纵架构离散化，来方便用到计算机编码，设采样时间为T，那么（5-2）令（5-3）能够把公式5-1的离散化获得公式5-4，为位置表达式。（5-4）其增量表达式，见公式5-5（5-5）式中：。对于干燥蔬菜的热风干燥操纵架构来说，烤炉的热量操纵是很重要的一点。干燥箱的热源是由高温蒸汽提供的，通过散热热交换装置，由引风机风扇传送至干燥箱。所以，干燥箱里的热风热量决定因素使进入热交换装置的蒸汽量以及引风机的速度。通常，使用初级惯性链路和地毯链路来正确描述模型是不容易的32,33。（5-6）式里K代表操纵目标的放大系数；

51、T代表操纵目标的时间常数；代表操纵目标的滞后时间。此架构中的K、T、能够依据测试热风热量温升曲线得到：1.在操纵架构处于手动操纵，当烘干箱内的热量处在某稳固情况时，给予一个阶跃数据，记录引风机出口处的热量变化曲线，如图5-2所示。图5-2热风热量曲线2.在曲线的拐点（最大斜率）处做切线，切线和横轴交点处是，切线和稳态输出交点的横轴是T+。3.输出的稳态数据和阶跃信号幅值的比值是放大倍数K。5.2PLC操纵程序设计5.2.1 程序结构S7-1500PLC的用户程序第一是履行决定程序框架的ob块、编码性能、有着环境信息dB的FB块、可以履行子程序设定以及信息共用dB的Fc性能等，具有各种性能的程序

52、块构成。组织块ob是PLC操作架构和客户程序沟通的唯一方式。操作架构没有办法直接调取需求的调用函数的程序块，但只能通过组织块ob调用。OB块的基本性能是用户程序的调用，但架构性能取决于OB块的形式，首要有往复流程解决性能、终止应答流程、差错解决、架构开始特点等。所以，建立新的ob块时，务必留神采取更合适的ob块。FC函数能够运用到达到程序促成、增强PLC程序整体秩序、促进修改和调试的子例程。还可以使用临时参数多次调用函数，向临时参数分配不同的值，用相同的函数操纵操纵操纵目标。性能类似于Fc性能的性能块FB在调用FB时需要分配背景数据块。履行FB块后，背景信息块依旧有用，能够重复理由。数据块DB

53、用于存储程序、程序和客户信息的中间变量。我们经常使用的DB块是全局dB和环境数据块。全局数据块（globaldb）用于贮存程序里采取的信息。能够通过需求建立数个信息模板。请留神在程序采取前要定义。环境信息块和函数库相联系。建立环境信息块时，必须先设置性能块，然后再指定。架构的PLC程序是三十一个块组成，里边main为首要程序块，是程序往复构成块，有着安排别的块工作的功能。cyclienterrupt是用于履行PID程序的周期终止，终止时段设计成五秒。fc1-fc20为二十个蔬菜干燥设施的使用操纵程序，各装置间不会产生作用。fc21为锅炉气动操纵阀开放操纵子程序，当锅炉热量因蒸汽量和消费量的变化

54、而变化时，调整气压操纵阀的开放，操纵天然气流入锅炉，提供必要的蒸汽量，为节约能源，锅炉内维被拿走。FB1负责模拟量的热量更换和显示，将模拟量的热量更换成数字量并显示在画面上。FB2是配置接口的操纵块。FB2是模拟湿度更换及显示，将模拟湿度更换为数字湿度，显示在构成接口上。fb3、FB4和fb5是三个查询表程序块，包括E和EC的输入和KP、Ki和KD的输出。fb6是模糊PID操纵程序块。fb7是引风机风扇的速度操纵程序设计，fb8是p。LC输出的逆变装置的数字信号将更换成模拟数据程序块。fb9是电控阀的数字数据，PLC输出的气压操纵阀被更换成模拟数据程序块。5.2.2 程序设计热风干燥及脱水装置

55、的操纵程序是整个架构的首要设计。在电源接通开始时，履行初始化程序，设定热量、湿度、感应样板风扇速度以及上部计算机的电控阀打开的初始值。操作人员可以通过人机接口启动机装置，或者按脱水干燥机的启动按钮，启动除湿风扇和引风机风扇，实时采样湿度和热量。引风机的速度由湿度的变化来操纵。当湿度达到特定的设定值时，引风机风扇的速度会由频率更换装置减速。操纵电气操纵阀的开放，实现热量操纵，使出口的热量达到规定目标。假若烤箱里的湿度小于预计的底线，达到干燥作业目标后，电控阀、引风机风扇和除湿风扇就会关闭。热量高于设定数据后，开启警报灯，写下当时的热量值。蔬菜脱水设施的操纵程序流程图如图5-3所示。图5-3蔬菜干

56、燥机操纵程序流程图所有架构是二十个蔬菜干燥设施构成，所有设施互相独立。所以，干燥设施的操纵程序作为子程序被设计，各脱水机有对应的子程序，分别通过主程序被调用。按照程序流程图设计PLC梯形图如下所示。网络1：设定蔬菜干燥热量值、湿度值网络2：检测蔬菜热量值、湿度值网络3：实际热量与标准热量比较网络4：引风机起动网络5：延时1s电动调节阀蒸汽阀门起动网络6：排湿风机起动网络7：变频装置起动网络8：蔬菜实际热量值与标准热量值的比较网络9：延时1s，调节引风机网络10：调节排湿风机网络11：定时装置T35延时，调节电动调节阀和蒸汽阀门网络12：蔬菜实际含水率与标准含水率的比较网络13：含水率未达标，电

57、动阀、蒸汽阀装置启动网络14：含水率达标，电动阀、蒸汽阀门装置停止网络15：含水率达标，蔬菜水分达标报警，出仓5.2.3 热量子程序设计热风干燥脱水蔬菜在热风干燥的情况下需要高温，所以需要实时的热量收集。因此，热量测量时选择类型WZPT-035-GK的感应装置，输出电流数据是四至二十毫安，使用前需要模拟-数字更换。在PLC的操纵流程里，热量的子程序转变以及显示被配置在性能块FB1里，二十个干燥设施需要安排二十个性能块。DB01-DB20是与各调用对应的环境信息块。图5-4是热量更换以及展现的过程图。（a）（b）（c）图5-4 热量更换和显示的流程图5.2.4 引风机操纵子程序设计在干燥开始阶段

58、，新鲜蔬菜具有极高的水和重的重量。此时，为了使大量的蔬菜在热风中加热脱水，必须提高风扇的速度。蔬菜的水分减少的话，蔬菜的重量就会减轻。持续强风的话，蔬菜会溅到湿了的盖子上，会损害蔬菜的外表，大概率会导致蔬菜的质量下降。所以，蔬菜持续干燥形态，因此务必在时间内减少风扇的转速。以此思考事项为基础，与技巧需要进行融合的话，70%RH和30%RH的低风扇速度整体会下降2次。经过一些验证，蔬菜在整个脱水流程里，湿度是70%RH时引风机的速度设定为0.8额定值；湿度达到30%RH时，引风机的速度设置成零点五额定值；湿度达到15%RH时，蔬菜的干燥大体达到。风扇转速操纵程序的流程图，如图5-5所示。图5-5

59、脱水蔬菜架构引风机操纵子程序5.3 上位机监控界面开发设计监视接口首先由控制人员进入接口、干燥生产所有的接口以及单个蔬菜干燥机接口组成。控制人员进入设置软件后，会出现图5-6展现的进入接口。键入账户以及密码后，控制人员能够进入架构。进入后，控制人员能够通过工作需要设置各类信息。而对仅有着普通权限的控制者，登录后仅可以查看显示信息，然而不可以设置。图5-6脱水蔬菜架构的登录接口进入架构后的监视影像如图5-7所展现。第一，键入干燥蔬菜生产的一般地图。画面上配置了二十台蔬菜干燥设施。在所有蔬菜干燥设施身旁，有及时的热量以及湿度的体现。点击左下角的整理按键，测试热量以及湿度的范围。单机所有干燥设施，登

60、录蔬菜干燥设施的监视接口。由于所有蔬菜干燥机的进展情况都不一样，所以这个画面上没有设定开始按钮和停止按钮。概要图首要用于监视所有蔬菜脱水机的运转状况。想详细知道各脱水机的作业情况的话，则要单机想了解的装置进入蔬菜干燥设施的检测接口。图5-7脱水蔬菜架构的概要点击调试设计按键，进到数据设置接口。此接口能够控制热量、警报热量、引风设施风扇变化速率的湿度值还有初始PID数据。首要用于通过各类干燥目标实施操控。不进到此接口时，警报的热量以及湿度设立是默认数据。请参照图5-8。图5-8热量和湿度的输入接口图5-9所示为单个蔬菜脱水机的监视接口。这个接口可以明确确认实时的热量、湿度、电操纵阀的开放，可以监

61、视马达和排气风扇的动作。放入新鲜蔬菜后，套上集湿套操纵启动按钮，干燥设施就会启动运转。湿度完成设定数据后，干燥设施停止工作。按下紧急停止按钮，电操纵阀关闭，除湿风扇和马达停止。单击实时曲线按钮，进入实时热量曲线接口。图5-9单一脱水蔬菜的监控图结论通过理解蔬菜的脱水工序，我了解到脱水蔬菜必须经过采摘、洗涤、切割、脱水、干燥、包装等工序。文章首先解决了热风干燥操纵架构的创立。此类架构能够通过蔬菜脱水的流程实时处理风扇的速率以及阀门闭合，达到节能的目的。在干燥过程中及时关注蔬菜热量以及湿度，协助研究人员管理蔬菜的脱水流程，保障蔬菜的脱水质量。文章首要内容如下。（1）PLC架构的网络组成：PLC操纵

62、架构采取PROFFINETI/O网络组成，操纵装置采取西门子的S7-1500PLC，分布式I/O设施采用ET200MP。它们之间的通信通过PROFFINETI/O发送。共计操纵20台蔬菜干燥装置。PC配备有编程及构成软件设计用的WinCC及STEP7。（2）操纵架构的硬件决定创造：在硬件选择方面，通过制造技艺需要以及现实状况，决定CPU模型、ET200MP模型、数字输入模块模型、数字输出模块模型。决定了变频装置模型、电子操纵阀模型、热量感应装置模板以及通常的低压零件模板。架构有开关数据、热量、湿度等模拟数据。在硬件方面，为了收集热量和湿度，选择了数字和模拟输入模块，将向PLC传输多样按钮数据。

63、PLC履行步骤的操纵数据由数字以及模拟输出模块操纵，操纵除湿风扇、电操纵阀及频率更换装置的动作。布线部设计开发了除湿风扇、PLC接口、ET200MP接口，操纵了排气风扇和风扇。（3）热风的热量由PID操纵，使热量操纵更符合蔬菜脱水过程的要求。在感应风机的速度操纵部分，由于速度下降，可以根据湿度的变化在时间内调整感应风机，因此不仅满足干燥空气流通的要求，还节约能源，减少生产量。费用。现场的热量和湿度的数据被更换为数字数据，采取PLC履行，于构成软件上及时展现。（4）上计算机配置检测架构的创造：上计算机软件采取WinCC，热风脱水蔬菜的过程监视接口，工作条件数据的及时展现，热量以及湿度的设置的在线

64、更换，以及警报开发涡轮。遵循干燥过程构成架构的设计。热量超过预定的范围时，数据会被输出，且记下警报值。检测架构的组成有利于知晓现场流程，知晓干燥蔬菜的脱水流程，增强脱水蔬菜的质量。（5）热风干燥脱水蔬菜架构原理：热交换装置的热量用于保持所需热量的热风。随着蔬菜脱水，蔬菜的含水率降低，重量减轻，需要及时管理风扇的速率。当引风机的风速产生改变时，为了保障热风的热量，务必实时整理电控阀。在操纵架构的脱水和干燥过程中，需要将预处理好的蔬菜放在分区上，盖上集水罩，按开始按钮启动湿式排气风机，启动引风机。需要打开频率更换装置和电操纵阀的蒸汽阀。高温高温蒸汽进入带翅片的蒸汽热交换装置，受引风机风扇的作用，冷气被换成热风。在脱水的初期阶段，蔬菜水分多，蔬菜重，为了使蔬菜完全加热，感应草稿机的对