基于PLC的可移动式压差预冷机控制系统设计.pdf

第 卷 第 期 年 月林 业 机 械 与 木 工 设 备 .研究与设计基于 的可移动式压差预冷机控制系统设计任方旭 杨永发(西南林业大学机械与交通学院云南 昆明)摘 要:针对目前压差预冷装置高能耗、低效率问题通过对系统结构及工作原理分析设计了一种基于、触摸屏与变频器组成的控制系统旨在实现预冷过程中基于送风参数的自动控制提高预冷效率 采用变频器和电子膨胀阀控制系统的送风参数采用 触摸屏实现系统的在线实时监控将预冷过程的相关信息进行实时显示 完成了控制系统的软硬件设计、控制程序以及组态软件设计 测试结果表明该控制系统性能可靠响应速度快提高了果蔬预冷效率箱体便于移动满足系统设计要求关键词:压差预冷触摸屏控制系统效率中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.:收稿日期:第一作者简介:任方旭硕士研究生研究方向为机械设计与制造技术:.通讯作者:杨永发副教授硕士研究生导师博士研究方向为机械设计与制造技术:.果蔬采后预冷是果蔬冷链物流的“最先一公里”也是冷链物流设施的短板部分它是指果蔬采摘后通过适当的技术手段去除田间热量降到目标温度的工艺过程俗称“打冷”预冷是对采摘后流通之前的果蔬迅速降温使其温度降至设定值的过程是果蔬贮藏和流通中的重要的前处理技术是果蔬采摘之后进行冷链流通的重要环节 预冷与冷链物流的结合是保持果蔬采后品质、扩大果蔬流第 期任方旭等:基于 的可移动式压差预冷机控制系统设计通范围的重要保证 田间预冷是通过在不同种植区域设置压差预冷箱对采摘后的果蔬即时降温之后冷藏车保持低温运至包装厂避免果蔬田间采后高温存放 目前常用的果蔬采后预冷技术有:冷库预冷、冷水预冷、压差预冷和真空预冷 压差预冷的主要优势是克服了冷库预冷不均匀、预冷时间长等问题可预冷多种果蔬品种适用范围广本文设计了一种可移动式压差预冷机控制系统基于 控制、变频调速、组态监控等技术分析系统的工作原理完成控制系统软硬件设计通过 发出控制指令来控制预冷过程中温度、湿度、压力、速度用户通过触摸屏可自主选择压差预冷机工作模式实时监控果蔬在预冷过程中的状态保证预冷过程的稳定性与可靠性提高预冷效率降低制冷系统的能耗 可移动式压差预冷机的整体结构与工作原理 图 为差压预冷装置结构示意图压差预冷装置主要有控制系统、制冷系统和预冷箱三大部分构成 制冷系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀组成控制系统分为压差预冷库的库温控制、冷风机转速控制和数据采集部分主要由、触摸屏、变频器和各类传感器等元器件组成预冷箱箱体选用 厚的聚氨酯保温冷库板组成箱体外尺寸为 内尺寸为 在箱体顶部装有吊装环可以实现箱体的便捷移动以及运输时的装卸避免货物二次搬运使货物始终处于低温状态保证果蔬的品质图 差压预冷整机结构.保温门.吊装环.冷却风机.制冷机组.卷帘装置.压差风箱.预冷库 压差预冷又称为强制通风预冷原理是将果蔬装在两侧带有通风孔的特殊包装箱内并按照特殊方式码垛利用压差风机在包装箱两侧产生压差使得冷空气流经包装箱内部与果蔬充分接触换热将果蔬热量带走的冷却方式 控制系统的硬件设计压差预冷机控制系统由硬件和软件组成 硬件部分由控制模块、执行模块和数据采集模块组成控制模块包括西门子 、触摸屏等执行模块主要为继电器和接触器数据采集模块由温湿度传感器、热电偶传感器、速度传感器和压力传感器组成 控制系统硬件组成如图 所示图 控制系统硬件组成 控制器选用西门子 为控制核心林业机械与木工设备第 卷主要功能是采集输入信号、执行程序、发出输出信号和驱动外部负载 为晶体管输入继电器输出具有 输入/数字量输出扩展能力以及具有一个以太网接口和一个 通信接口 本文外加 个热电偶测温模块和 个模拟量输入/模拟量输出模块 的输入输出地址分配如表 所示表 地址分配表触摸屏选用与 配套的西门子 触摸屏采用 控制器与 触摸屏结合利用/通讯协议的方案对控制系统进行自动化设计 人机交互界面与 控制器之间通过以太网端口进行通信人机交互界面发送数据控制 执行相应的控制程序 将预冷过程中果蔬及制冷机组的参数传输到人机交互界面进行实时显示变频器选用西门子 变频器变频器具有效率高、安装简便、通讯功能强大、异常不停机的优点 与 变频器之间采用 通信用 电缆将 通信端口与 变频器进行连接 其中 变频器的 接 接口的引脚 接 的引脚 而 电缆线的另一端与 的串行接口相连接 三相异步电动机接变频器的、端三相交流电与变频器连接 变频器、三相异步电动机、三者之间的连接图如图 所示图 变频器、三相异步电动机、三者之间的连接图相对于传统的毛细管或热力膨胀阀电子膨胀阀的调节振荡小能精确控制过热度并能使蒸发器在很宽的工况范围内都处于很小的过热度下使蒸发器的传热面积得到充分利用具有明显的节能效果 本文选用的电子膨胀阀是丹佛斯 电子膨胀阀的驱动器选用型号 电子膨胀阀与控制器的连线如图 所示 电子膨胀阀的功能是调节制冷剂流量以蒸发器出口的过热度为控制信号传感器把过热度数据给 再输出电流给阀体控制器由控制器控制电子膨胀阀的开度大小从而调节流量 由蒸发器、传感器、控制器和电子膨胀阀四部分组成的反馈控制系统如图 所示图 电子膨胀阀与控制器连接图图 反馈控制系统 控制系统的软件设计.控制系统整体流程本文采用西门子/软件对控制系统的程序进行设计 程序由一个主程序和六个子程序组成子程序包括果蔬平均温度子程序、模拟量处理子程序、风机控制子程序、时钟读取子程序、时钟设置子程序、运行时间子程序 运行主程序时首先进行的是系统初始化设置保证所有设备在运行之前保持在初始的状态避免系统运行时发生故障使得预冷工作无法稳定、有序进行调用模拟量处理子程序时先循环扫描各个输入点第 期任方旭等:基于 的可移动式压差预冷机控制系统设计的状态读入模拟量输入信号并将读取到的模拟量数值转化为温度、湿度、压差、风速等测量值 调用手/自动控制子程序时可以对风机的启停和风速、电子膨胀阀的开度大小、压缩机的启停和制冷量进行控制 主程序流程图如图 所示图 主程序流程图控制系统工作模式分为手动控制和自动控制手动控制时操作人员可以通过触摸屏来控制压缩机的工作状态、冷却风机的启停和转速电子膨胀阀的开度等 自动控制时当库内温度高于设定温度上限值且系统无故障时启动电子膨胀阀电子膨胀阀启动后启动压缩机、冷凝器、蒸发器等制冷机组电子膨胀阀的阀门开度大小在系统启动阶段是固定的在系统稳定运行阶段的阀门开度按照过热度进行调节冷风机启动后冷风机的转动速度由变频器根据回风温度进行控制当回风口的温度小于等于送风温度时停止冷风机运行并关闭电子膨胀阀当储液罐的压力达到设定上限值时压缩机停止运行当储液罐压力低于下限值且系统无故障时压缩机启动压差预冷冷风机控制流程图如图 所示 冷风机的工作状态根据回风温度的数值来控制控制过程为风机启动后风机的工作状态由变频器控制温度传感器采集回风口的温度值 当回风温度下降到/冷却时间的时候由变频器改变风机的工作频率采用第二段风速运行当回风温度下降到送风温度并且果蔬平均温度达到设定范围系统停止预冷并触发报警提示工作人员预冷工作结束图 冷风机控制流程图.人机交互功能界面设计采用 人机交互设计软件对上位机西门子 进行组态该监控系统由主页面、状态参数、电子膨胀阀信息、报警记录、用户设置等页面组成图 所示为 触摸屏主页面在主页面可以选择需要预冷果蔬手动控制风速、温度、湿度、频率等参数输入主页面显示内容有自动控制参数、手动控制参数、风机运行状态和压缩机工作状态图 触摸屏主页面林业机械与木工设备第 卷图 为状态参数页面状态参数界面能够实时显示温度传感器、湿度传感器、压差传感器、风速传感器所采集到的数据图 状态参数页面 实验运行测试为了验证压差预冷机控制系统的可靠性和可行性完成设计后在某制冷公司进行了实际的运行测试 压差预冷机控制系统人机交互用户设置页面如图 所示图 用户设置页面用户通过操作用户设置页面左侧的“启动”、“停止”按钮可实现系统的开关机 为了避免误操作用户进行启停操作时均会弹出确认提示窗再次点击“确定”键后方可进行启停操作点击“取消”键则取消启停操作 中间部分为手/自动选择按键用户可根据要求选择控制方式选择自动控制时用户可在右边部分设置预冷参数设置完成后会在主页面显示经过多次的运行测试结果表明:压差预冷机控制系统可以实现冷风机启停和转速、压缩机工作状态、电子膨胀阀开度、手/自动切换等控制 预冷过程中还可以对压差预冷机的工作状态进行检测对故障进行报警并记录该控制系统性能稳定、可靠性高响应速度快满足系统设计要求 结论()本文设计的可移动式压差预冷机可以放置田间地头当果蔬采下后可立即放入预冷间进行降温处理在箱体顶部装有吊环可以实现箱体便捷移动以及运输时的装卸避免货物二次搬运使货物始终处于低温状态延长果蔬的品质()以 作为主控制器通过变频器和电子膨胀阀来改变送风参数提高果蔬预冷效率降低系统能耗利用触摸屏设计的多用户界面可以实时监控系统各部分工作状态并显示在界面上 测试结果表明整个系统性能稳定、可靠性高触摸屏操作方便灵活自动化程度高具有很强的抗干扰能力满足系统设计要求参考文献:胡时发.压差预冷工艺优化及其控制系统设计.天津:天津商业大学.侯冬苗.可移动式双温区压差预冷装置设计与实验研究.哈尔滨:哈尔滨商业大学.蔡宋宋韩澄高勇等.田间预冷对蓝莓贮运品质的影响.山东农业科学():.李太宝.可移动式压差预冷与变温贮藏装置开发与预冷效果研究.济南:山东建筑大学.侯冬苗.可移动式双温区压差预冷装置设计与实验研究.哈尔滨:哈尔滨商业大学.王强王伟锋杨静.果蔬差压通风预冷冷却均匀性研究.制冷学报():.于永顺杨永发.基于 模拟差压预冷库内流场分布特征的研究.林业机械与木工设备():.尹成明.基于 实现与台达触摸屏通讯系统研究.黑龙江科技信息():.师铎陆广华孙松丽等.基于 与 的螺杆式冷水机组控制系统.机电工程():.王文杰郑志安吴敏等.基于 的茯苓自动去皮机控制系统设计.中国农机化学报():.翁小祥刘静奚小波等.基于 的食用菌多能互补烘干房控制系统设计.中国农机化学报():.夏振环姚嘉豪陈浩珉等.基于 与 触摸屏的冷链仓储智能化控制系统构建.自动化应用():.冯玉龙李杨.基于 和 工控组态软件的空气压缩机自动控制系统设计.现代电子技术():.