e-works数字化企业网  »  文章频道  »  工业自动化控制  »  PLC/DCS

基于PLC的食品真空冷冻干燥机的控制

2014/10/20    来源:万方数据    作者:邱桐  徐光  李新秋      
关键字:真空冷冻干燥  PLC  自动控制  
本文介绍了食品冷冻干燥机的控制系统的结构,提出了PLC应用于控制系统的实现方案,并设计出上位机监控软件的方法,使系统具有较高的自动化程度和可靠性。

    食品十燥可以保持食品不会腐败变质。真空冷冻十燥( Lyophilization ),简称冻十,就是把含有大量水分的食品提前进行降温冻结成固体,然后在真空的条件下使水直接升华出来,而食品木身剩留在冻结时的冰架中。食品冻十技术有诸多优点,如营养流失少、方便存储运输、复原快等。一般的食品冻十机主要包括真空系统、加热系统、制冷系统、冷凝系统、除霜系统和控制系统,其中控制系统是整个设备的核心指挥机构,如图1所示。冻十需要专用昂贵的设备,因此为了实现耗能少、快速连续化生产,设计出完善的食品冻十机,特别是有效合适的控制系统,就显得格外重要。

食品冻干机系统框图

图1 食品冻干机系统框图

1 控制系统简介

    1.1 工艺流程

    冻十工艺流程如图2所示。前处理是指清洁物料,这样物料表面附着水分能够保证在冻十过程中原有形状保持良好,水分均匀保证物料被冻十。当物料预冻到-30℃左右后应给予充分时间,并且必须低于共熔点。预冻后进行抽真空,部分升华要吸热,因此要给予加热,保持物料温度接近并低于共熔点温度。物料放人十燥仓内要保证尽量浅,利于冷热交换。经过一段时间后水分大量升华,在这段时间应减缓升温速率,防止收缩或起泡。当冻结水分全部蒸发,产品已定型后,加热速度可加快。要求物料温度到3035℃后停留2一3h即可结束,破真空取成品,并进行除霜过程。

冻干工艺流程

图2 冻干工艺流程

    1.2 控制系统的设计要求

    该系统来自于清华大学核能与新能源技术研究院研制的5 m-小型实验食品冻十机’。具体要求如下:①系统应包括“手动”、“自动”2套完全独立的控制单元,PLC自动运行状态可与手动运行状态进行无扰切换;②主要工艺参数能够设定、测量、采集、显示、记录及打印,主要工艺参数包括十燥仓真空压力、物料温度等;③冻十机采用PLC控制,计算机、触摸屏模拟显示各系统设备运行状况,通过网卡实现场地和远程监控;④各系统运行状态、参数可以集中显示及报警;⑤冻十机各系统均能按设定的程序自动执行,并按给定的参数自动控制在正常范围内;⑥冻十机可以执行2种运行状态。第1种状态为生产状态:当批量生产时,物料中无需插人温度传感器,根据已经确定的工艺曲线,设定各种工艺参数就可以自动运行。第2种状态为试验状态:当小批量试验时,物料中要放人温度传感器,在设定工艺参数后,根据测量物料温度传感器中最高温度自动调节加热板温度、仓内压力、十燥时间等,系统可以自动运行。

    1.3 控制系统的总体设计

    控制系统保证冻十机的全部电气设备按冻十工艺要求可靠运行,监测和精确控制系统工艺参数和物料温度,并对故障状态实时报警并自动应急处理,显示物料在十燥仓内冻十的各阶段特性。控制系统主要包括以下部分:①传感器:测量现场工艺参数并将传感器信号转换为电信号,包括PT100铂电阻、真空薄膜规、压力传感器等;②二次仪表:接受现场传感器的测量信号,显示工艺参数,并发出控制信号的显示、记录、控制仪表等,包括指针真空表、压缩机压力表等;③执行器:将二次仪表的控制输出信号转化为驱动设备的可执行信号装置。该食品冻十机控制系统中大部分仪表的控制输出信号都是开关信号,可直接驱动继电器。三通调节阀的控制信号通过阀门定位器转换,接收4-20 mA电流线号,转换为驱动气源的供给量,以调节三通阀门的开度。④可编程控制器PLC:负责各个系统的顺序控制和自动运行,并将各个设备的运行状态和冻十各个阶段的工艺参数传送给上位机,还具有自锁互锁、错误诊断等功能。⑤上位机:配置组态软件与监控程序,可记录、存储并绘出冻十工艺参数,图形化显示设备运行状态。此外还包括指示灯、开关、低压电器元件、控制柜等。整套系统结构如图3所示。

冻干控制系统框图
图3冻干控制系统框图

责任编辑:陈浩
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐