果蔬真空預冷機控制系統的設計

羅健生，鄭元法，趙建云，劉朝宇

果蔬真空預冷機控制系統的設計

羅健生1，鄭元法1，趙建云2，劉朝宇3

（1.云南富邦制冷設備有限公司，云南 富民650400；2.安寧市農機管理總站，云南 昆明650300；3.新疆維吾爾自治區農牧業機械產品質量監督管理站，新疆 烏魯木齊830054）

對果蔬真空預冷機控制系統的結構和工藝原理進行了分析和介紹，傳統的繼電器控制在該系統中被小型PLC所取代，通過程序設計和PLC選型的方式保障果蔬真空預冷機自動控制的實現，從而使預冷機的自動化程度和可靠性得到顯著的提升。

真空預冷機；PLC；控制

1　果蔬真空預冷機控制系統的結構分析

果蔬真空預冷機的基本結構包括真空泵、水汽凝結器、制冷系統和真空冷卻室。果蔬真空預冷機的主要工作原理如下：在真空冷卻室里放入采摘后的果蔬，通過其中的真空泵對其進行抽氣，從而降低真空冷卻室內的壓力，這樣就會相應降低果蔬組織內外水的沸點，周圍的熱量會被水汽化所吸收，被處理的果蔬就能夠實現均勻、快速的冷卻，同時由其中的冷凝器、膨脹閥、蒸發器等共同完成完整的制冷循環；其中的載冷劑為乙醇水溶液，由循環水泵將載冷劑輸送到水汽凝結器，真空箱與泵口之間會因為真空泵的連續抽氣而出現一個壓力差，水汽凝結器捕集到箱內產生的水蒸汽之后，就會使其凝結成水，最后從真空冷卻室底部中將這些水排放掉，通過真空泵可以將清除水汽的空氣排放出去。

2　果蔬真空預冷機控制系統的硬件設計分析

以果蔬冷機的控制要求和操作要求為根據，在本系統中選擇西門子公司生產的的可編程序控制器（SIMATIC S7-300），該PLC屬于模塊化結構設計。通過廣泛組合SIMATIC S7-300中的各種單獨的模塊的方式能夠實現很好地擴展。S7-300系列本身具備豐富的擴展模塊、強勁的通訊能力、實時特性、豐富的內置集成功能、便捷的操作、易于掌握、極豐富的指令、極高的可靠性等一系列的優勢，所以其性價比非常高。

（1）果蔬真空預冷機控制系統的PLC配置分析。考慮到系統的整體成本，在本系統中選擇緊湊型的具備輸出的集成數字量輸入和輸出的CPU 312，一共集成了六個數字量輸出點和十個數字量輸入點，在運行的過程中需要內置 MPI接口和微存儲卡。其中的中間繼電器對三個電磁閥門、水泵和真空泵的開啟信號和壓縮機進行控制，數字量輸出點一共包括六個。由于需要對傳感器的模擬量輸入信號進行處理，因此一共配置兩個SM331AI模塊。其中包括一個工作電流、一個果蔬制品的重量、一個真空室內濕度、一個真空室內壓力、七個果蔬制品的溫度、一個真空冷卻室內溫度和一個水汽凝結器表面溫度。與此同時，在該系統中還采用了先進的MP277彩色觸摸屏，利用MPI協議的方式能夠實現與S7-300之間的通訊，最終將整個系統的參數設定、報警、參數顯示和過程監控等各種功能很好地集成起來。

（2）果蔬真空預冷機控制系統的傳感器分析。在果蔬真空預冷機控制系統中選擇具有較好線性響應和穩定性的T型熱電偶和鉑溫度傳感器Pt100作為檢測單元，其分別具有-200～350℃和-50～180℃的測溫范圍。其中的一根熱電偶的主要作用就是對水汽凝結器表面溫度進行檢測，在真空冷卻室內放置剩下的五根T型熱電偶和三根探針式Pt100，其主要作用就是對果蔬制品溫度和真空室內溫度進行檢測。選擇電容式薄膜壓力傳感器作為系統的壓力傳感器，其主要是放置在真空箱頂，其具有100Pa～10Pa的量程，并且具有非常高的測量精度，配帶的輸出為0～5V/4～20mA。其能夠對真空室內的壓力變化進行測量，而且還能夠顯示在觸摸屏上。選擇S302H3K型濕度模塊作為濕度傳感器，濕度傳感器的輸出信號為0～1V，其具有較高的可靠性和較好的穩定性，能夠在-40～60℃的環境中使用。利用上述的傳感器可以將信號檢測出來，隨后利用信號變送器將這些信號轉化過成為電流信號或者電壓信號，使其與AI模塊進行連接，這樣就能夠轉化變成相應的實數值，隨后在PLC中存入，這樣就能夠將各個重量曲線、濕度曲線、壓力曲線和溫度曲線等在觸摸屏上實時顯示出來。

3　果蔬真空預冷機控制系統的控制系統軟件設計

（1）果蔬真空預冷機控制系統的PLC設計。以果蔬真空預冷機的操作要求為根據能夠將各動作的順序和相關關系確定下來，其可以在 STEP7V5.3軟件中編寫 PLC程序，STEP7V5.3本身具備功能圖、SIMATIC指令、可支持梯形圖等功能，而且具有編程方便、結構清晰和指令豐富等一系列的優勢。果蔬真空預冷機的邏輯控制主要包括放水閥開啟、放氣閥、滲氣閥運行循環、制冷機運行循環等功能。系統流程圖中一共包括兩個循環，其中的制冷機運行循環如下：水汽凝結器表面達到-17℃的表面溫度，隨后將制冷機關閉，這時候水汽凝結器表面會逐漸地達到設定值-6℃，將制冷機開啟；滲氣閥運行循環如下：在真空冷卻室壓力小于設定下限，打開滲氣閥，這時候就會出現大于設定上限的真空冷卻室壓力，隨后關閉滲氣閥。

（2）果蔬真空預冷機控制系統的上位機程序設計。選擇工程軟件設計觸摸屏的功能畫面，其采用了圖形技術、網絡技術、人機界面技術、數據庫技術和控制技術，包含著網絡通信、趨勢、控件、報警和動態顯示等相關的組件，能夠將友好的人機界面提供出來，這樣在沒有編程序代碼的情況下，用戶也能夠自行使用應用軟件進行操作。利用MPIMP277能夠實現與下位機PLC之間的通訊。用戶在起始界面中還能夠實現手動操作，同時也可以對自動運行按鈕進行單擊，從而實現全自動運行。各個按鈕之間能夠實現互鎖，當前運行工況還能夠在起始界面中實時的顯示出來。起始界面中還具備了重量曲線、壓力曲線、溫度曲線、電流曲線、歷史數據、參數設置等各種子界面。比如用戶通過對參數設置鍵的觸摸，就能夠在設置界面中進行各項操作，不僅可以對物品的冷卻終溫進行設置，還可以對真空室壓力的上下限進行設置，如果樣品具有小于設定溫度的溫度，系統就能夠實現自動停止工作狀態。如果真空室壓力具有低于下限壓力的壓力，就會自動開啟滲氣閥；如果真空室壓力具有高于下限壓力的壓力，就會自動關閉滲氣閥。觸摸屏同時還設置了“緊急停機”的功能，如果用戶需要緊急停機，只需要將該鍵按下，就能夠自動停止運行，而且會打開排氣閥、放氣閥和滲氣閥。

4　結語

該果蔬真空預冷機控制系統具有較高的可靠性、較強的抗干擾能力、較少的接線、較少的使用量、較低的成本等一系列的優勢，其在我國一些果蔬真空預冷機中非常適用，只需要對其中的控制程序進行修改，就能夠實現改善控制的要求，而且用戶非常容易掌握其中的編程方法。實踐表明該系統能夠實現穩定的運行，對相關真空預冷系統的控制具有一定的參考價值。

Design of Fruit and Vegetable Vacuum Precooling machine Control System

LUO Jian-sheng1，ZHENG Yuan-fa1，ZHAO Jian-yun2，LIU Chao-yu3
（1.Yunnan Fubang Refrigeration Equipment CO.，LTD.，Fumin，Yunnan 650400，China；2.Anning Agricultural Machinery Management Station，Kunming，Yunnan 650300，China；3.Xinjiang Uygur Autonomous Region Farming and Animal Husbandry Machinery Products Quality Supervision and Management Station，Urumchi，Xinjiang 830054，China）

This paper ana1yzes and introduces the structure and processing princip1e of fruit and vegetab1e vacuum precoo1ing machine contro1 system.The traditiona1 re1ay contro11ing is rep1aced by sma11 PLC in this system.Through programming and PLC type，the automatic contro1 of fruit and vegetab1e vacuum precoo1ing machine is rea1ized and the automization and re1iabi1ity of the machine is improved great1y.

vacuum coo1er；PLC；contro1

TS255.35

A

2095-980X（2016）03-0065-02

2016-03-07

羅健生，主要研究方向：制冷設備。