微波真空干燥设备数字化控制系统设计毕业论文目录摘 要IAbstractII第1章 概述11.1 微波真空干燥的现状及意义11.2 微波真空干燥与传统干燥方法的区别11.3 现在所用技术21.4 设计要求21.5 本章小结2第2章 总体方案的设计22.1 微波真空干燥的控制方式32.1.1 单片机控制32.1.2 工控机控制（IPC）42.1.3 继电器控制52.1.4 可编程控制器控制（PLC）52.2 最佳方案的选择62.3 本章小结6第3章 微波真空干燥电气系统设计73.1 电气原理设计73.1.1 物料循环系统的控制电路83.1.2 微波磁控管控制电路和辅助加热装置电路103.1.3 真空泵控制电路183.1.4 温度检测的电路设计193.1.5 真空度检测的电路设计233.1.6 PLC的接线电路设计243.1.7 显示电路的设计303.1.8 电源设计电路313.2软件设计323.2.1 PLC编程流程图设计333.2.2 PLC的程序设计353.2.3 人机界面的设计373.2.4 人机界面的地址分配393.3本章小结41第4章 PLC运行调试及故障诊断424.1 PLC运行调试424.2 故障诊断43第5章 系统操作说明44结束语48参考文献49致 谢51附录A 电气原理图52附录B 元器件清单53附录C PLC程序清单55 .专业.专注. 第1章 概述1.1 微波真空干燥的现状及意义早在上世纪80年代，美国、加拿大、英国和德国就开始研究微波真空干燥技术，研究的容涉及微波真空干燥模拟、微波真空干燥能耗与工艺以及各种不同类型物料（香蕉，萝卜片，果胶等）的微波真空干燥操作等。目前我国国也有很多大学院校对其进行研究。如我国江南大学食品学院进行了甘蓝的微波真空和热风联合干燥实验，实验结果表明：微波真空干燥技术相比于传统干燥技术可缩短干燥时间48%，提高物料营养成分的保存率，改善干燥品质。水产大学的国琛进行了扇贝柱的微波真空干燥，实验研究建立了扇贝微波真空干燥的动力学模型1。从国外有关微波真空干燥的研究现状来看，它是目前发展较快的一种组合干燥技术，其快速发展的主要原因是由于微波加热技术有明显的节能特点。它的优越性表现在(1)可对物料里外一起加热，不需传热，瞬时可达高温，可大量节省能量；（2）加热均匀；（3）加热速度快；（4）快速控制，有利于自动化；（5）可提高产品质量。除了微波加热技术的优点外，还有真空干燥技术能使物料在一定的真空条件下处于低温状态进行快速干燥脱水，经处理后的物料还可保持原物料的色泽和营养成分 。1.2 微波真空干燥与传统干燥方法的区别长久以来，用于干燥的热源一般为蒸汽、电加热。传热方式是热风、热风循环或热辐射。由于热空气的穿透能力很弱又不均匀，而且空气的比热低，它是一种不变的传热物体，热风传递方式是由外向里，而部水分蒸发又是由里向外。导致热阻增加，所需热量多，加热时间长。因此，热能利用率仅30%左右。微波真空干燥技术是一种微波技术和真空技术融为一体的新型干燥技术。它兼备了微波干燥和真空干燥的优点。微波干燥虽然加热速度快，干燥时间短、能源利用率高且便于控制，但是由于温度过高和干燥过快容易引起食品边缘烧焦、结壳和硬化等现象。采用真空干燥可以降低水的蒸发温度，使物料在较低的温度下快速蒸发，还可避免氧化，改善了干燥品质，保存了物料原有的营养成分。因此，将微波技术与真空技术结合起来，可以使干燥过程既具有高效率又具有低压隔绝氧气的特点。目前，这一技术正在广泛应用于医疗、食品和化工领域。1.3 现在所用技术微波真空干燥包括以下几类技术：（1）脉冲间歇式微波真空干燥技术：其特点是使物料中的水分和温度在间歇阶段能够均衡再分配，减少水分梯度，这将有利于提高下阶段的干燥速率。（2）变功率微波真空干燥技术：加拿大食品工程研究所等进行了萝卜片的变功率微波真空干燥，结果表明微波真空干燥的性能优于真空冷冻干燥，变功率微波真空干燥是微波真空干燥技术的一个研究方向。（3）微波热风和真空组合干燥技术：微波真空干燥与热风干燥具有一定的互补性，近些年，在高含水率和热敏性物料的干燥中，微波真空和热风的组合干燥也逐步得到了应用2。1.4 设计要求本设计采用PLC为主控核心，结合外围电路完成电气控制系统的设计。通过对微波磁控管功率的选用和分组，要求干燥能力为300kg/小时；干燥过程中，利用传感器对真空度和温度进行测量，确保真空度和温度可以在一定围里任意设置，且温度、真空度可分为两段设置，温度误差2；真空度误差150Pa；完成PLC程序、触摸屏界面设计；还要求故障的检测与显示以及信息的上传。1.5 本章小结从上述分析可见，微波真空干燥技术发展很快，为了使这一技术广泛应用于医疗、食品和化工领域，还必须要提高微波真空干燥设备的智能化与数字化水品。因此，目前的微波真空干燥技术除了在理论和工艺方面需要更深入的研究外，还需要对微波真空干燥设备的控制系统进行分析，从而简化设备的操作，做到方便管理，方便维修，实现节约之目的，为更好地开拓市场做准备。第2章 总体方案的设计2.1 微波真空干燥的控制方式微波真空干燥设备的功能是将物料放入干燥箱的托盘中，接着抽真空，打开物料电机，使物料在托盘低匀速旋转，打开微波磁控管加热，如果天冷的话可以打开辅助红外加热装置（电热丝），这样可使干燥箱温度快速提高，等到干燥箱温度提高后就可关闭，电热丝主要是表面加热，天热时则不需要打开。用微波加热的物料，因其部也同时被加热，能使物料受热均匀，升温速度加快。由于物体加热具有惯性，因此微波加热时温度分两段 ，一个低(C1)一个高(C2)，当所测温度未达到C1时，2组磁控管都打开加热。当所测温度达到C1时，可以关闭第一组磁控管，第二组磁控管继续加热直到所测温度达到C2时，关闭所有磁控管。由于干燥箱是真空状态因此具有保温作用，所以如果物料干燥需1小时的话，可以加热半小时再保温半小时，在保温过程中，温度会有小幅度下降，这时可以打开一组磁控管加热。保温时可以再抽次真空因为干燥过程中水分蒸发会产生空气。干燥结束后，关闭磁控管和真空泵，物料电机停止转动。打开电磁阀使空气进入干燥箱，最后打开干燥箱的门取出物料。干燥时的温度和真空度要通过专门的传感器测量。根据微波真空干燥设备的功能,常用的控制方式有单片机控制、工控机控制、继电器控制及PLC程序控制。2.1.1 单片机控制单片机最早是以嵌入式微控制器面貌出现的。在嵌入式系统中，它是最重要、也是应用最多的核心部件。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉，目前已经渗透到人们工作和生活的各个角落，单片机的应用对各个行业的技术改造和产品的更新换代起到了重要的推动作用3。目前,较大型的工业测控系统大部分都可以用单片机系统或单片机加通用机系统来代替计算机系统。如大型自动磁控镀膜机、真空冶炼等。除通用外设(如打印机、硬盘、磁盘)等外，还有许多外部通信、采集、多路分配管理、驱动控制等接口，而这些外设与接口完全由主机进行管理，必然造成主机负担过重，因而出现了新的控制手段，即可编程控制器。图2-1为由单片机控制的微波真空干燥设备的电气控制系统框图。图2-1 由单片机控制的电气控制系统框图2.1.2 工控机控制（IPC）工业控制机是从PC（个人电脑）的基础上通过应用推广发展起来的。由于它是由微机及芯片的专业厂家开发出来的，所以其硬件品种兼容性强并总线标准化程度高，其软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，运行速度快、实时性强，可适用于模型复杂的项目。能把控制任务和图文显示功能在一起。但工业控制机有两个方面的缺点：第一有较长的装置访问时间；第二I/O控制点数不能随意扩展4。图2-2为由工控机控制控制的微波真空干燥设备的电气控制系统框图。图2-2 由工控机控制的电气控制系统框图2.1.3 继电器控制继电器问世以来，一直是真空工程控制的主流，目前国仍有不少厂家应用继电器控制。其中输人单元为按钮开关等主令电器、逻辑单元是支配控制系统的“程序”。它是由各种继电器的触点通过导线的串并联连接来控制电路，继电器控制系统有一定的逻辑功能。输出单元包括各种阀门的控制线圈，控制各类接触器线圈及信号指示等执行元件。这种控制系统的特点是：价格便宜、性能价格比低。因此，存在继电器抖动、打弧、吸合不良等现象，使控制系统寿命短，可靠性差。因为它的自动控制功能是靠开关继电器的辅助触点动作来实现。而触点动作一次需要几十毫秒，故控制速度慢，由于需要改变控制逻辑就要改变各开关、触点间的连线，故更改控制逻辑复杂、困难，同时体积大，耗能高4。图2-3为由继电器控制控制的微波真空干燥设备的电气控制系统框图。图2-3 由继电器控制的电气控制系统框图2.1.4 可编程控制器控制（PLC）相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一个方面来说，它是一种通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用。不过，自其诞生以来，电气工程技术人员感受最深刻的也正是可编程控制器二次开发编程十分容易。它在很大程度上使得工业自动化设计从专业走进了厂矿企业，变成了普通工程技术人员甚至普通电气工人力所能及的工作。再加上其体积小、可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善、适应性强、安装接线简单等众多优点，可编程控制器在问世后的短短30年中获得了突飞猛进的发展，在工业控制中得到了非常广泛的应用5。图2-4为由PLC控制控制的微波真空干燥设备的电气控制系统框图。图2-4由PLC控制的电气控制系统框图2.2 最佳方案的选择最佳方案应选用先进的控制技术，以经济节能为主，还要考虑到具体控制系统的制作开发过程。在设计时选定低能耗，性价比高，使用维修方便的设计方案。单片机控制具有开发周期长、电磁兼容性差、抗干扰能力及适应力差、编程复杂、人工成本高和选择各种元器件及焊接耗时长的缺点。工控机是一个成型的机器，只要配些I/O卡、通信卡等接口板即可。但它具有硬件成本高和需要高级语言编程的缺点。继电器控制具有简单、成本低的优点，主要靠逻辑控制，但是继电器触点容易坏，精度差而且无法达到数字化水平。可编程控制器控制具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；电磁兼容性好；易学易用，编程容易，深受工程技术人员欢迎；人机界面设计简单和系统设计周期短，维护方便，改造容易，人工成本低的特点。根据四种控制方式的特点比较，本设计决定选用PLC控制方式。2.3 本章小结本章主要了解了微波真空干燥设备的4种控制方式，并通过比较由于PLC可靠性高、编程灵活等优点最后选择了PLC程序控制方式，同时PLC相较于其他几种控制方式，它与触摸屏的控制很大程度上提高了设备的智能化与数字化。第3章 微波真空干燥电气系统设计微波真空干燥电气系统设计包括电气原理设计和软件设计。电气原理设计包括检测电路（温度和真空度）、微波磁控管控制电路和辅助加热控制电路、真空泵控制电路、物料循环系统控制电路、显示电路和PLC接线电路组