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PLC在冷冻干燥烘干机控制系统中的应用
发布时间：2013-09-13 07:56 来源：未知
传统的冷冻干燥烘干机由程序步进器进行机械控制，其触点繁多，故障频繁，维修不便，严重影响冷冻干燥烘干机的正常工作，对产品的质量也产生了很大影响。
冷冻干燥烘干机可分为十三大部分：即真空装置、制冷装置、离心机装置、干燥腔室、真空排气系统、导热搁板、加热装置、导热媒体换热装置、搁板升降及压塞系统、溶媒收集装置、在线自动清洗装置、在线灭菌装置、运行参数测定控制系统部分。
采用三菱的小型PLC对整个冷冻干燥烘干机运行系统进行控制，可实现较高的自动化程度，并完成智能控制、状态显和故障报警等任务，同时还提供良好的人机界面与操作员进行交互，使得修改各种参数简单、易行，对于机械设备的运行能及时、快速、准确的反映，富通新能源生产销售木屑颗�；⒕饽┠拘己娓苫壬镏嗜剂铣尚�、木屑锯末烘干等机械设备。
1、PLC冷冻干燥烘干机控制系统结构
冷冻干燥烘干机的电气控制系统框图见图1。其核心是可编程控制器，它的输出部分主要用于控制各类阀和驱动电机。其输入部分主要接收各类�；ぜ痰缙鞯亩餍藕拧Ｆ渫ㄑ督涌诙俗庸低ㄔ冻滩饬磕？楹蜕衔换�，进行数据交换，下面分别对备组成部分加以叙述。
上位机采用PE或以上型号的工控机，如果上位机放在环境较好的控制室中，可采用质量较好的商用甚至家用计算机。下位机由PLC、真空和制品电阻检测控制仪表、多路温度检测和控制仪表、电网检测仪表、蒸汽消毒专用仪表等组成。上下位机之间采用工业RS-485串行总线连接，组成主从式多机网络。下位机各仪表传感器可实现各种模拟信号的采集、显示，可独立实现部分控制功能，也可按上位机的指令控制。带485通讯接口的PLC作为上位机的各输入输出开关量信号的接口，PLC本身具有独立的连锁保护和部分程控、定时功能，可在应急状态下配合手操台实现应急操作。测和控制仪表、电网检测仪表、蒸汽消毒专用仪表等组成。上下位机之间采用工业RS - 485串行总线连接，组成主从式多机网络。下位机各仪表传感器可实现各种模拟信号的采集、显示，可独立实现部分控制功能，也可按上位机的指令控制。带485通讯接口的PLC作为上位机的各输入输出开关量信号的接口，PLC本身具有独立的连锁�；ず筒糠殖炭�、定时功能，可在应急状态下配合手操台实现应急操作。
本控制系统具有干燥烘干机冻干曲线设定、除霜、灭菌、在线清洗、真空控制、干燥状态检测、故障报警和维修检查的功能。
控制系统能进行全自动的冻干控制，包括预冻、加热、抽真空、压塞、放气、除霜、灭菌等。在编程器上可以显示温度、压力、时间、周期、状态等，也可以显示报警信息。采用冻干曲线和设备运行全自动方法时，可由微机编程，冻干流程显示可用荧光屏或模拟板两种方式，可在微机上对PLC编程，并能提供所有软件设备。软件可记录各运行设备运行的时间和历史记录，随机和定时打印数据、报表、曲线等，同时记录多项故障和事件发生。多点记录仪可显示制品、导热液、真空冷凝器的温度和干燥腔室、真空泵的真空度，同时还对冷凝器的温度进行报警。必要时能够进行人工干预。
图2是冷冻干燥烘干机运行监控系统的原理框图。
(1)模拟量输入�？镕X2N-4AD
FX2N-4AD是供FX2N用的4通道12位模拟量输入�？椋ㄕ霞嗖馑奶ǖ缍魍ǖ揽梢灾付ㄎ缌魇淙�(一20mA～+20mA)或电压输入（-10V～+10V），输入电阻分别为250Ω和200VkΩ，分辨率分别为20uA和5mV，综合精度为1%（相当于最大值）。有效输出位数为11位，最高位为符号位，输出数字范围为-2048～+2047（对电动机的测量要求能达到）。转换速度最高为6ms／通道，在程序中占用8个输入输出点。一台FX2N最多可连接8个FX2N-4AD�？椤Ｈ绻敝行枰饪氐牡缍ㄊ�，可以采用几台PLC组成网络来控制。
(2)模拟量输入�？镕X2N-4AD-PT
FX2N-4AD-PT是供三线式铂电阻PT一100用的4通道12位温度传感器模拟量输入�？椋缌魑�1mA（恒流方式），分辨率为0.2～0.30C，综合精度为1%（相对于最大值）。它里面有温度变送器和模拟量输入电路，可以校正传感器的非线性。测量单位可用摄氏或华氏表示，额定温度范围为-100～600℃，输出数字量为-1000～+6000，转换速度为15ms每通道，在程序中占用8个输入输出点，一台FX2N最多可连接8块FX2N-4AD-PT模块。
2、软件组成
本自动线PLC控制系统的软件由公用程序、温度测定控制程序、干燥状态检测程序、在线清洗程序、除霜程序、灭菌程序、真空控制程序、信号显示和故障报警程序等六个部分组成。由这一整套的程序实现冷冻干燥烘干机全自动工作过程。其总的程序图如3。
(1)系统监控软件功能
冷冻干燥烘干机控制系统监控软件主要功能：
①建立冻干工艺流程画面，创建数据显示信息库；
②编写冻干程序及设定其他系统运行参数；
③传送冻干程序和运行参数给PLC，并从PLC中读取生产数
④对系统重要的工艺变量如温度、真空度及各种设备的运行状进行实时显示和记录；
⑤必要时进行工艺参数调整和记录；
⑥故障信号的实时报警、记录和处理。
(2)系统监控软件设计
上位机程序主要完成人机交互功能，PLC梯型图程序只需能够根据输入状态确定相应输出，程序非常简单。下面着重介绍完成主要控制功能的下位机控制程序的设计。下位机软件主要由主程序、通信处理程序、软件定时器中断处理程序等几部分组成。主程序完成寄存器的初始化、数据存储区清零、软件使用的各种标志初始化等功能。通信处理部分完成与上位机的通讯功能府需要显示、保存的数据送给上位机同时将上位机控制算法得到的控制指令送给下位机。软件定时器中断处理程序是下位机程序的重要组成部分。
通讯程序设计通讯协议的制定是通讯程序设计的主要工作，是确保串行通讯可靠性的关键。本系统采用了数据包的形式进行通信，发送和接收信息都以包为单位。每个数据由起始标志字、包数据总长度、命令号、数据内容和检验码组成。起始标志字由2个十六进制数El、IE组成，设置这一标志的目的是防止干扰数据串入通信回路。数据长度字节使通信双方明确数据包的长度，可靠进行可变长度的通信。检验码使用较为常见的检验和方式，它的使用大大减少了数据内容错误。在通信过程中，上位机始终处于主动状态，下位机始终处于被动状态。由此原则设计的命令码主要有下列3种：
1)0号命令完成上位机与下位机的通信握手。设置这一命令的目的，是使上位机能快速确定下位机是否工作正常。收到O号命令后，下位机向上位机返回同样的数据包，上位机接收到位机向上位机返回同样的数据包，上位机接收到后即说明通信正常。
2)1号命令读取下位机内存中的数据。组成此命令的数据包中数据内容依次为：读取的字节数、数据所在内存区首地址的低字节、高字节。通过这个命令，上位机可以获得下位机中任意地址中的数据内容，当然也包括寄存器中的内容。
3)2号命令将一定长度的数据写到指定的下位机内存中去。组成此命令的数据包中数据内容采用以下格式：要写入的字节数、写入内存区的首地址的低字节、高字节后依次为要写入的字节。通过这一命令，上位机可以将冻干过程的各种命令参数及冻干曲线输入到下位机中去，由下位机作进～步处理，控制冻干的正常运行。而且此命令允许上位机可以任意修改下位机寄存器和内存中的内容。
3、结束语
本控制系统具有干燥烘干机冻干曲线设定、除霜、灭菌、在线清洗、真空控制、干燥状态检测、故障报警和维修检查的功能。采用冻干曲线和设备运行全自动方法时，可由微机编程，冻干流程显示可用荧光屏或模拟板两种方式，可在微机上对PLC编程，并能提供所有软件设备。多点记录仪可显示制品、导热液、真空冷凝器的温度和干燥腔室、真空泵的真空度，同时还对冷凝器的温度进行报警。必要时能够进行人工干预。
