生化处理的恒温恒湿控制系统设计
2007-12-18 21:48:07   来源：本站原创   评论：0 点击：

【摘  要】　以PLC为控制器，结合温度传感变送器、LED显示器等，组成一个生化处理的恒温恒湿控制系统。使用温度传感变送器获得温度的感应电压，经处理后送给PLC。PLC将给定的温度与测量温度的相比较，得出偏差量，然后根据模糊控制算法得出控制量。执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用PWM控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间。从而调节高温电磁阀开关的导通时间，达到蒸汽控制目的。

【关键词】　生化处理；PLC；恒温恒湿

引言

生化处理系统是食品工艺的关键设备。在此以米粉生产工艺中的生化处理系统的蒸汽温湿度控制进行实用设计，其温度控制在0~100℃，误差为±0.5℃，可用键盘输入设置温度及LED实时显示系统温度，采用模糊算法进行恒温控制，将数字处理控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重的滞后现象，可以很大程度的提高控制效果和控制精度^[1]。

1　米粉生化处理的恒温恒湿系统现状与分析

1.1  现状

由于国内米粉生产设备厂家尚未掌握米粉的关键技术，使其制造的设备无法满足米粉生产的工艺要求。我们经过现场堪察，发现原有的连续式米粉生化处理恒温恒湿控制系统具有如下现状。

一是连续式米粉生化处理恒温恒湿箱的控制基本上是手动调节；

二是箱内各部位温度分布不均匀，实际温度波动太大（40-70℃），远远达不到生产要求（62.5℃±2.5℃），影响米粉的抗老化效果；

三是实际湿度也达不到生产要求，容易出现湿度偏高（米粉发泡）或者偏低（米粉起壳）的现象，严重影响米粉生产质量；

四是上层辅助加热管道分布不合理，容易使散落米粉焦化，影响产品质量。

1.2  分析

针对上述现状，对当前连续式米粉生化处理恒温恒湿控制系统具体分析如下，其改进前生化处理恒温恒湿控制系统如图1所示。

图1 改造前生化处理恒温恒湿控制系统

（1）蒸汽加热加湿装置虽然装有传感器与控制器，但是形同虚设，在生产过程中没有一点作用；

（2）蒸汽辅助加热装置完全靠工人凭经验手工调节，难以满足生产要求；

（3）蒸汽加热加湿喷汽管的设置位置与方式有问题，容易造成箱体中部温度偏高、两头温度偏低；

（4）中层蒸汽辅助加热装置的设置有问题，容易使散落米粉产生焦化，影响产品质量；第五问题温度指示仪表的设置位置欠佳，工人观察、操作不方便。

2  基于PLC的恒温恒湿系统的设计

2.1方案设计

基于PLC的米粉生化处理恒温恒湿控制系统如图2，其包括四个部分。

图2  改造后生化处理恒温恒湿控制系统

第一 连续式米粉生化处理恒温恒湿控制系统的箱体，生产传动装置基本按照图1不变，在米粉出口位置留出安置自动控制屏的地方；

第二 连续式米粉生化处理恒温恒湿控制系统的加热方式采用PLC可控蒸汽管道加热，竖直设置加热管道，避免焦化生产过程中的溅落米粉，合理分布加热管道，减少中心与周边位置的温差，通过低速强制对流减小温差，提高箱内温度的分布均匀度；

第三 连续式米粉生化处理恒温恒湿控制系统的加湿方式采用PLC可控顶部侧喷与两侧分层PLC可控平喷水汽（65℃），增加控制路径，使加湿均匀，提高保湿精度，满足保湿要求；

第四 连续式米粉生化处理恒温恒湿控制系统自动控制屏与整个温湿度控制系统成为一个整体，温度与湿度采用LED数字显示、PLC控制，抗干扰强、稳定性好，能够确保控制精度，便于控制、管理、调试与观测。

2.2 硬件实现

图2所示连续式米粉生化处理恒温恒湿控制系统加热管道分布合理，能够减少中心与周边位置的温差；竖直设置加热管道，可以避免焦化生产过程中的溅落米粉；加热管道分布在箱体正面与反面，分别受温度传感器、高温电磁阀组成的PLC闭环系统控制，正面加热管道受温度传感器7、9与高温电磁阀D控制，反面加热管道受温度传感器8、10与高温电磁阀E控制；正、反两面加热管道均可在箱体底部增加1—2根加热管，提高箱体温度；借助加湿系统的喷水汽力量，可以形成低速强制对流，减小箱体内各部位的温差，提高箱内温度的分布均匀度。

连续式生化处理恒温恒湿控制系统的加湿方式采用PLC可控顶部侧喷与正、反两面分层PLC平喷水汽（65℃），增加控制路径，使加湿均匀，提高保湿精度，满足保湿要求；正、反两面分层PLC可控直喷管各三根，各喷管分别受湿度传感器、高温电磁阀组成的PLC闭环系统控制；左边喷管受湿度传感器1、2与高温电磁阀A控制，右边喷管受湿度传感器3、4与高温电磁阀B控制，中间喷管与顶部喷管同受湿度传感器5、6与高温电磁阀C控制；直喷管的喷口方向不仅要满足分层平喷水汽的要求，而且要求形成低速强制对流，提高箱内温度与湿度的分布均匀度；

加湿方式使用的65℃水汽，由专用装置产生，装置图如图3所示。

图3  65℃水汽产生装置图

图3中的高温电磁阀和辅助加热器，主要受湿度传感器7与温度传感器8组成的PLC闭环系统控制，考虑传输损耗，传感器的设置可以稍高一点，离心式风机及其循环管道，不仅可以保证喷汽的要求，而且能够对蒸汽重复利用、节省能源。

连续式生化处理恒温恒湿控制系统的自动控制屏与整个温湿度控制系统成为一个整体，温度与湿度采用LED数字显示、PLC控制，抗干扰强、稳定性好，能够确保控制精度，便于控制、管理、调试与观测。

3  软件的调试

软件程序由主程序、传感器数据采集和其输出值的量化、温度及设定值的显示子程序、键盘管理子程序、定时中断应答子程序、模糊运算子程序等组成。主程序作为程序的入口，控制各类程序的调用，在系统中其主要的任务是调用键盘管理程序，然后其它的功能都由键盘管理程序和中断程序完成^[2]。其主程序流程图如图4所示。

图4 主程序流程图

4  结束语

将基于模糊算法的PLC生化处理恒温恒湿控制系统应用到我市米粉加工工艺处理，利用温湿度传感变送器，将采样到的温湿度信号送入到PLC中，再由PLC控制电磁阀等的通电与断电，使蒸汽温湿度满足实际需求。整个系统结构紧凑、所用芯片少、控制精度高。在键盘、A/D转换、显示电路上都采用了串行方式，从而减小了PLC口线的使用，也使使用口线小的PLC成为可能，减小了成本开支，经济实惠，性能也稳定。

参考文献

[1] 朱成庆，伍宗富等.机电一体化概论[M].太原：山西科学技术出版社，2003.

[2] 杨世兴，黄向慧等. 现代电气自动控制技术[M] . 北京:人民邮电出版社， 2006.