烘干机控制系统设计

第1章 烘干机的概述

烘干机是干燥物品的专用设备。在干燥物品时，为保证物品质量，减小烘干机零件损耗，除要求温度能自动控制外，还需要间断通风。烘房内装有电接点温度计TJ ，用来检测烘房温度。当加热器通电时，烘房加热升温；通风机通电时，烘房通风。当烘房的温度升至需要温度时，电接点温度计的接点闭合；当烘房的温度低于需要温度时，电接点温度计的接点断开。当按下启动按钮后，要求烘干机按图1-1烘干机主电路图所示的过程循环往复的工作，直至按下停止按钮时为止。

L1

L2L3N

电源开关

电热器

通风电动机

图1.1 烘干机主电路图

烘房内装有电接点温度计TJ ，用来检测烘房温度。当加热器通电时，烘房加热升温；通风机通电时，烘房通风。当烘房的温度升至需要温度时，电接点温度计的接点闭合；当烘房的温度低于需要温度时，电接点温度计的接点断开。当按下启动按钮后，要求烘干机按图1-2烘干机工作过程示意图所示的过程循环往复地工作，直至按下停止按钮时为止。

图1.2 烘干机工作过程示意图

1min 5min

→−−−−→−−−−→

−−−−→

至需要温度延迟通风升温停止加热通风机启动2min 5min →−−−−−→−−−−→通风停止通风通风机停止通风机启动通风机停止

−−−−−→→

低于需要温度升温

第2章控制方案选择

目前应用于烘干机控制系统主要有继电器控制系统、PLC和单片机控制系统。

2.1 单片机控制

它是用程序实现各种复杂的控制，功能最强。工作方式采用中断处理，响应也较快，价格比PLC要低。但它的程序修改难度较大，可靠性比PLC要差，也需要设计专门的接口电路和抗干扰措施。在使用时要求有较好的工作环境，维护技术也较高，系统设计较复杂，调试技术难度大，需要有系统的计算机知识。它需要设计和制作输入接口电路、输出接口电路、放大电路和印刷电路板，设计制作工作量大，周期长，而且它的抗扰能力很弱，对环境的适应性差。

2.2 继电器控制

由于继电器控制设计出的线路也比较复杂，因而电器控制装置的制造周期较长，造价相应较高，维修也不方便。控制系统完成后，若控制任务发生变化，如某些生产工艺流程的变动，则必须通过改变接线才能实现。采用继电器控制方案，有如下缺点：

不仅继电器本身容易出现误动作，特别是触头氧化及铁芯与衔铁弄脏后的吸力不足，机械运动部件运动不灵活而出现被卡烧坏线圈等故障，给维护过程带来极大不便，甚至会影响正常营运工作，而且势必使硬件接线量大且复杂。

总之，继电器控制系统的灵活性和通用性较低，故障率较高。

2.3 编程序控制器控制

可编程序控制器的推广应用在我国得到了迅猛发展，可编程序控制器已经大量应用在引进设备和国产设备中器。PLC控制具有如下几个优点：（1）、编程方法简单易学。

（2）、功能强，性能价格比高。

（3）、硬件配套齐全，用户使用方便。

（4）、无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强。

（5）、系统的设计、安装、调试量少。

（6）、维修工作量少，维修方便。

2.4 结论

据烘干机对控制系统的要求，对于可编程控制器（PLC）有这般优点，我们可以考虑用PLC来设计烘干机控制系统。

第3章控制系统的硬件设计

PLC控制系系统的硬件选择主要包括可编程控制器的选型、电源模块的选型、接触器、输入/输出的开关量和按钮的选择等。下面分别对其一一进行分析选择各电器元件的型号。

3.1电气元件的选择

（1）、可编程序控制器物理结构的选择

根据物理结构，可以将可编程序控制器分为整体式和模块式，整体式每一

I/O点有平均价格比模块式的便宜，小型控制系统一般使用整体式可编程序控制器。根据烘干机的控制要求可选用整体式可编程序控制器。如西门子生产的CPU 224 CN1。

（2）、可编程序控制器I/0点数的确定

确定I/0点数时，应准确地统计出被控设备对可编程序控制器输入/输出点

20%的裕量，以备今后对系统改进和扩充数的总需求，在此基础上，应留有10%

~

时使用。可选用型号CPU 224 CN1，即I/O点数为10个、基本单元、继电器输出型。

（3）、存储容量的选择

初步估算，对于仅需开关量控制的系统，将I/0点数乘以8，就是所需的存储器的字数，这一要求一般都能满足。对于此烘干机设计控制电路手动/自动切换开关SA,一个启动按钮SB1，一个预停按钮SB2，一个急停按钮SB3，手动加热按钮SB4,手动通风按钮SB5,电接点温度计TJ，热继电器FR，熔断器FU，电动机M，接触器KM、KM1、KM2所以选择CPU 224 CN1

3.2输入输出模块的选择

可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备的高电平信号为机器内部电平信号。由于这是工业环境下进行，主电路采用交流电源供电，由于该工艺环境温度不高，干扰因素也少，故采用与主电路相同的交流电源供电，并采用220V电压供电。输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。烘干机采用继电器输出模块。

3.3 电动机、电气控制线路设计

图3.1 总电路图

如图3-1总电路图所示有两个线圈：KM1、KM2。其中KM1是控制升温的线圈，KM2是控制通风的线圈，KM为外部电源输入线圈。如上图所示，当SA断开时，按下SB1时，KM1线圈得电，KM1的常开触点闭合使的电热丝通电升温。KM1断电后，KM2的线圈得电，KM2的常开触点闭合使的通风机工作。当SA闭合时，即手动操作的时候，当按下SB4时，KM1线圈通电，KM1的常开触点闭合使的电热丝通电升温，松开SB4时，升温结束；当按下SB5时，KM2线圈通电，KM2的常开触点闭合使通风电机启动，松开SB5时，通风结束。用到这两个线圈图中SA 是外部线路停止开关。FR是热继电器起到断电保护作用。熔断器FU起到过电流保护的作用。

3.4 PLC的I/O接线图

根据顺序功能图和电气原理图,考虑到有效的利用可编程控制器的资源，对输入点数量必须要很好的考虑。需要的输入信号的点主要有手动/自动切换开关SA,一个启动按钮SB1，一个预停按钮SB2，手动升温按钮SB4,手动通风按钮SB5, 用于温度反馈的电接点温度计TJ，可知输入点共有7个。加上输出点包括升温、通风。可知需要选择的PLC型号为CPU 224 CN1，其I/O接线图如图3-2所示：