热泵干燥装置电控系统设计

热泵干燥装置电控系统设计

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。

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，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