羅健生，鄭元法，趙建云，劉朝宇

果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

羅健生1，鄭元法1，趙建云2，劉朝宇3

（1.云南富邦制冷設(shè)備有限公司，云南 富民650400；2.安寧市農(nóng)機(jī)管理總站，云南 昆明650300；3.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理站，新疆 烏魯木齊830054）

對(duì)果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工藝原理進(jìn)行了分析和介紹，傳統(tǒng)的繼電器控制在該系統(tǒng)中被小型PLC所取代，通過程序設(shè)計(jì)和PLC選型的方式保障果蔬真空預(yù)冷機(jī)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，從而使預(yù)冷機(jī)的自動(dòng)化程度和可靠性得到顯著的提升。

真空預(yù)冷機(jī)；PLC；控制

1　果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

果蔬真空預(yù)冷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括真空泵、水汽凝結(jié)器、制冷系統(tǒng)和真空冷卻室。果蔬真空預(yù)冷機(jī)的主要工作原理如下：在真空冷卻室里放入采摘后的果蔬，通過其中的真空泵對(duì)其進(jìn)行抽氣，從而降低真空冷卻室內(nèi)的壓力，這樣就會(huì)相應(yīng)降低果蔬組織內(nèi)外水的沸點(diǎn)，周圍的熱量會(huì)被水汽化所吸收，被處理的果蔬就能夠?qū)崿F(xiàn)均勻、快速的冷卻，同時(shí)由其中的冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器等共同完成完整的制冷循環(huán)；其中的載冷劑為乙醇水溶液，由循環(huán)水泵將載冷劑輸送到水汽凝結(jié)器，真空箱與泵口之間會(huì)因?yàn)檎婵毡玫倪B續(xù)抽氣而出現(xiàn)一個(gè)壓力差，水汽凝結(jié)器捕集到箱內(nèi)產(chǎn)生的水蒸汽之后，就會(huì)使其凝結(jié)成水，最后從真空冷卻室底部中將這些水排放掉，通過真空泵可以將清除水汽的空氣排放出去。

2　果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分析

以果蔬冷機(jī)的控制要求和操作要求為根據(jù)，在本系統(tǒng)中選擇西門子公司生產(chǎn)的的可編程序控制器（SIMATIC S7-300），該P(yáng)LC屬于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過廣泛組合SIMATIC S7-300中的各種單獨(dú)的模塊的方式能夠?qū)崿F(xiàn)很好地?cái)U(kuò)展。S7-300系列本身具備豐富的擴(kuò)展模塊、強(qiáng)勁的通訊能力、實(shí)時(shí)特性、豐富的內(nèi)置集成功能、便捷的操作、易于掌握、極豐富的指令、極高的可靠性等一系列的優(yōu)勢(shì)，所以其性價(jià)比非常高。

（1）果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的PLC配置分析。考慮到系統(tǒng)的整體成本，在本系統(tǒng)中選擇緊湊型的具備輸出的集成數(shù)字量輸入和輸出的CPU 312，一共集成了六個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)和十個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，在運(yùn)行的過程中需要內(nèi)置 MPI接口和微存儲(chǔ)卡。其中的中間繼電器對(duì)三個(gè)電磁閥門、水泵和真空泵的開啟信號(hào)和壓縮機(jī)進(jìn)行控制，數(shù)字量輸出點(diǎn)一共包括六個(gè)。由于需要對(duì)傳感器的模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行處理，因此一共配置兩個(gè)SM331AI模塊。其中包括一個(gè)工作電流、一個(gè)果蔬制品的重量、一個(gè)真空室內(nèi)濕度、一個(gè)真空室內(nèi)壓力、七個(gè)果蔬制品的溫度、一個(gè)真空冷卻室內(nèi)溫度和一個(gè)水汽凝結(jié)器表面溫度。與此同時(shí)，在該系統(tǒng)中還采用了先進(jìn)的MP277彩色觸摸屏，利用MPI協(xié)議的方式能夠?qū)崿F(xiàn)與S7-300之間的通訊，最終將整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、報(bào)警、參數(shù)顯示和過程監(jiān)控等各種功能很好地集成起來(lái)。

（2）果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的傳感器分析。在果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)中選擇具有較好線性響應(yīng)和穩(wěn)定性的T型熱電偶和鉑溫度傳感器Pt100作為檢測(cè)單元，其分別具有-200～350℃和-50～180℃的測(cè)溫范圍。其中的一根熱電偶的主要作用就是對(duì)水汽凝結(jié)器表面溫度進(jìn)行檢測(cè)，在真空冷卻室內(nèi)放置剩下的五根T型熱電偶和三根探針式Pt100，其主要作用就是對(duì)果蔬制品溫度和真空室內(nèi)溫度進(jìn)行檢測(cè)。選擇電容式薄膜壓力傳感器作為系統(tǒng)的壓力傳感器，其主要是放置在真空箱頂，其具有100Pa～10Pa的量程，并且具有非常高的測(cè)量精度，配帶的輸出為0～5V/4～20mA。其能夠?qū)φ婵帐覂?nèi)的壓力變化進(jìn)行測(cè)量，而且還能夠顯示在觸摸屏上。選擇S302H3K型濕度模塊作為濕度傳感器，濕度傳感器的輸出信號(hào)為0～1V，其具有較高的可靠性和較好的穩(wěn)定性，能夠在-40～60℃的環(huán)境中使用。利用上述的傳感器可以將信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，隨后利用信號(hào)變送器將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化過成為電流信號(hào)或者電壓信號(hào)，使其與AI模塊進(jìn)行連接，這樣就能夠轉(zhuǎn)化變成相應(yīng)的實(shí)數(shù)值，隨后在PLC中存入，這樣就能夠?qū)⒏鱾€(gè)重量曲線、濕度曲線、壓力曲線和溫度曲線等在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

3　果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)。以果蔬真空預(yù)冷機(jī)的操作要求為根據(jù)能夠?qū)⒏鲃?dòng)作的順序和相關(guān)關(guān)系確定下來(lái)，其可以在 STEP7V5.3軟件中編寫 PLC程序，STEP7V5.3本身具備功能圖、SIMATIC指令、可支持梯形圖等功能，而且具有編程方便、結(jié)構(gòu)清晰和指令豐富等一系列的優(yōu)勢(shì)。果蔬真空預(yù)冷機(jī)的邏輯控制主要包括放水閥開啟、放氣閥、滲氣閥運(yùn)行循環(huán)、制冷機(jī)運(yùn)行循環(huán)等功能。系統(tǒng)流程圖中一共包括兩個(gè)循環(huán)，其中的制冷機(jī)運(yùn)行循環(huán)如下：水汽凝結(jié)器表面達(dá)到-17℃的表面溫度，隨后將制冷機(jī)關(guān)閉，這時(shí)候水汽凝結(jié)器表面會(huì)逐漸地達(dá)到設(shè)定值-6℃，將制冷機(jī)開啟；滲氣閥運(yùn)行循環(huán)如下：在真空冷卻室壓力小于設(shè)定下限，打開滲氣閥，這時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)大于設(shè)定上限的真空冷卻室壓力，隨后關(guān)閉滲氣閥。

（2）果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)的上位機(jī)程序設(shè)計(jì)。選擇工程軟件設(shè)計(jì)觸摸屏的功能畫面，其采用了圖形技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和控制技術(shù)，包含著網(wǎng)絡(luò)通信、趨勢(shì)、控件、報(bào)警和動(dòng)態(tài)顯示等相關(guān)的組件，能夠?qū)⒂押玫娜藱C(jī)界面提供出來(lái)，這樣在沒有編程序代碼的情況下，用戶也能夠自行使用應(yīng)用軟件進(jìn)行操作。利用MPIMP277能夠?qū)崿F(xiàn)與下位機(jī)PLC之間的通訊。用戶在起始界面中還能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)操作，同時(shí)也可以對(duì)自動(dòng)運(yùn)行按鈕進(jìn)行單擊，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。各個(gè)按鈕之間能夠?qū)崿F(xiàn)互鎖，當(dāng)前運(yùn)行工況還能夠在起始界面中實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。起始界面中還具備了重量曲線、壓力曲線、溫度曲線、電流曲線、歷史數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置等各種子界面。比如用戶通過對(duì)參數(shù)設(shè)置鍵的觸摸，就能夠在設(shè)置界面中進(jìn)行各項(xiàng)操作，不僅可以對(duì)物品的冷卻終溫進(jìn)行設(shè)置，還可以對(duì)真空室壓力的上下限進(jìn)行設(shè)置，如果樣品具有小于設(shè)定溫度的溫度，系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)停止工作狀態(tài)。如果真空室壓力具有低于下限壓力的壓力，就會(huì)自動(dòng)開啟滲氣閥；如果真空室壓力具有高于下限壓力的壓力，就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉滲氣閥。觸摸屏同時(shí)還設(shè)置了“緊急停機(jī)”的功能，如果用戶需要緊急停機(jī)，只需要將該鍵按下，就能夠自動(dòng)停止運(yùn)行，而且會(huì)打開排氣閥、放氣閥和滲氣閥。

4　結(jié)語(yǔ)

該果蔬真空預(yù)冷機(jī)控制系統(tǒng)具有較高的可靠性、較強(qiáng)的抗干擾能力、較少的接線、較少的使用量、較低的成本等一系列的優(yōu)勢(shì)，其在我國(guó)一些果蔬真空預(yù)冷機(jī)中非常適用，只需要對(duì)其中的控制程序進(jìn)行修改，就能夠?qū)崿F(xiàn)改善控制的要求，而且用戶非常容易掌握其中的編程方法。實(shí)踐表明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)相關(guān)真空預(yù)冷系統(tǒng)的控制具有一定的參考價(jià)值。

Design of Fruit and Vegetable Vacuum Precooling machine Control System

LUO Jian-sheng1，ZHENG Yuan-fa1，ZHAO Jian-yun2，LIU Chao-yu3
（1.Yunnan Fubang Refrigeration Equipment CO.，LTD.，F(xiàn)umin，Yunnan 650400，China；2.Anning Agricultural Machinery Management Station，Kunming，Yunnan 650300，China；3.Xinjiang Uygur Autonomous Region Farming and Animal Husbandry Machinery Products Quality Supervision and Management Station，Urumchi，Xinjiang 830054，China）

This paper ana1yzes and introduces the structure and processing princip1e of fruit and vegetab1e vacuum precoo1ing machine contro1 system.The traditiona1 re1ay contro11ing is rep1aced by sma11 PLC in this system.Through programming and PLC type，the automatic contro1 of fruit and vegetab1e vacuum precoo1ing machine is rea1ized and the automization and re1iabi1ity of the machine is improved great1y.

vacuum coo1er；PLC；contro1

TS255.35

A

2095-980X（2016）03-0065-02

2016-03-07

羅健生，主要研究方向：制冷設(shè)備。