螺旋速凍機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉延猛

大連冰山菱設(shè)速凍設(shè)備有限公司 遼寧大連 116000

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生活節(jié)奏的日益加快，人們對速度也越來越有要求，俗話說“民以食為天”，由此可見，食品必然是人們對速度追求中首當(dāng)其沖的一個(gè)重要方面，所以速凍食品行業(yè)已經(jīng)成為食品工業(yè)中的支柱產(chǎn)業(yè)。發(fā)展速凍食品的關(guān)鍵是速凍設(shè)備，速凍機(jī)就是一種能夠在短時(shí)間內(nèi)把大量的速凍產(chǎn)品中心溫度凍達(dá)到-18℃，以達(dá)到營養(yǎng)成分不流失、品相不變、色澤晶透的高效率的凍結(jié)設(shè)備，可有效、經(jīng)濟(jì)地凍結(jié)放置在速凍機(jī)內(nèi)部多種多樣產(chǎn)品。速凍機(jī)的種類從結(jié)構(gòu)形式上來說，可分為螺旋速凍機(jī)、隧道速凍機(jī)、平板速凍機(jī)、往復(fù)式速凍機(jī)、提升式速凍機(jī)等。在眾多種類中，螺旋速凍機(jī)憑借占地面積小、凍結(jié)量大等優(yōu)勢得到眾多廠家的青睞，基本上成為購買設(shè)備的首選機(jī)型，所以在市場上占有相當(dāng)高的份額。

1 結(jié)構(gòu)及原理

螺旋速凍機(jī)主要是由傳動部分、蒸發(fā)器、保溫庫體和電控系統(tǒng)等幾大裝置構(gòu)成，其中傳動部分由驅(qū)動電機(jī)、網(wǎng)帶、轉(zhuǎn)轂組成；蒸發(fā)器由不銹鋼和鋁翅片組成，用變片距排布，保證風(fēng)循環(huán)順暢，蒸發(fā)排管可為鋁管和銅管；保溫庫體由聚氨酯庫板組成，內(nèi)、外板使用不銹鋼制作；電控系統(tǒng)則是由以PLC為核心的控制裝置組成。

螺旋速凍機(jī)按照轉(zhuǎn)轂的數(shù)量可分為單螺旋速凍機(jī)和雙螺旋速凍機(jī)兩大類，根據(jù)驅(qū)動電機(jī)的位置不同又可以分為兩種方式：外傳動式和內(nèi)傳動式。相對而言，外傳動式可以將電機(jī)、減速機(jī)產(chǎn)生的污染及熱源有效的同食品隔離開來，其衛(wèi)生以及環(huán)保優(yōu)勢是很明顯的。

螺旋速凍機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)品從入口處進(jìn)貨，均布在網(wǎng)帶上的凍品會隨著網(wǎng)帶做螺旋式運(yùn)動，在移動過程中能均勻地受風(fēng)于來自于蒸發(fā)器送來的冷風(fēng)而進(jìn)行快速凍結(jié)，使得產(chǎn)品中心溫度在規(guī)定時(shí)間內(nèi)凍達(dá)到-18℃，凍結(jié)完畢的物料從出口處出貨進(jìn)入到下一道工序中。

2 電控系統(tǒng)構(gòu)成方案

以雙螺旋速凍機(jī)為例具體來說，其電控系統(tǒng)部分的控制裝置是由可編程控制器（PLC）、變頻器（INV）、人機(jī)界面（HMI）以及其他控制元件組成，如圖1所示。

雙螺旋速凍機(jī)系統(tǒng)整條輸送線采取的是多電機(jī)驅(qū)動，網(wǎng)帶運(yùn)行時(shí)所需要的牽引力是通過轉(zhuǎn)轂與網(wǎng)帶之間的摩擦力來傳遞的，驅(qū)動電機(jī)共有三個(gè)，其中兩個(gè)轉(zhuǎn)轂部分各有一臺電機(jī)做主驅(qū)拖動，另外在網(wǎng)帶的回復(fù)部分還有一個(gè)電機(jī)作為輔助驅(qū)動，三個(gè)電機(jī)之間的配合只有達(dá)到同步或接近同步，才能保證整條網(wǎng)帶順暢的運(yùn)行。

綜上所述，螺旋輸送機(jī)的電控系統(tǒng)要具有以下功能：（1）控制設(shè)備的啟停、設(shè)定網(wǎng)帶的運(yùn)轉(zhuǎn)速度并能根據(jù)需要而隨時(shí)可以調(diào)整速度等參數(shù)（2）能對現(xiàn)場各裝置的運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)控（3）網(wǎng)帶上的三個(gè)電機(jī)要同步或接近同步狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)；（4）設(shè)置控制系統(tǒng)的各種保護(hù)功能，一旦在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生異常現(xiàn)象，如網(wǎng)帶翻轉(zhuǎn)、電機(jī)過載等，控制系統(tǒng)立即自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在HMI上顯示具體的報(bào)警信息并發(fā)出聲光報(bào)警信號，提醒工作人員檢查和維修（5）其他輔助性功能和保護(hù)措施，比如防止低溫時(shí)庫門漏冷而要增加門加熱功能等。

3 PLC程序的編制

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的電氣控制系統(tǒng)是以可編程控制器（PLC）為核心，通過PLC接受現(xiàn)場各種數(shù)字量、模擬量輸入信號后，執(zhí)行內(nèi)部程序，驅(qū)動外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的啟動、停止、保護(hù)以及電機(jī)速度的設(shè)定等控制功能?；诖?，除了必備的外部硬件（可編程控制器、變頻器、人機(jī)界面）之外，PLC程序的編制也是解決問題的關(guān)鍵所在。

在程序編制中，如何能較好地實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的同步問題是重中之重，基本的算法思路是先確定好主驅(qū)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，其他電機(jī)以主驅(qū)電機(jī)為基準(zhǔn)，通過PLC內(nèi)部運(yùn)算而計(jì)算出在同步狀態(tài)下各相應(yīng)減速機(jī)轉(zhuǎn)速模擬量，然后再通過PLC的DA模塊將模擬量輸出給變頻器驅(qū)動各電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。各電機(jī)采取的都是開環(huán)控制，這樣的控制形式對于摩擦傳動而言，在系統(tǒng)允許的誤差范圍內(nèi)還是能夠做到設(shè)備各電機(jī)接近同步狀態(tài)，從而可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備傳動的平穩(wěn)和可靠。

4 系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)試

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于采用了人機(jī)界面，各主要參數(shù)在調(diào)試中具有很大的開放性，從而使得程序的調(diào)試變得簡單和輕松。把在程序運(yùn)行中可以調(diào)節(jié)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，以形參的形式布置在人機(jī)界面上進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試者根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)帶的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況而對形參一一賦值，同時(shí)設(shè)備的運(yùn)行工況通過PLC與變頻器的通信而得到相應(yīng)的電壓、電流、功率等內(nèi)容也在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示，這樣也能夠讓使用者及時(shí)掌握和了解各控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和數(shù)據(jù)。

我國速凍食品起步較發(fā)達(dá)國家晚，但近些年發(fā)展速度比較快，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，居民的生活消費(fèi)水平不斷提升，加之城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，社會分工細(xì)化，生活節(jié)奏日益加快，速凍食品被越來越多的人接受并成為日常飲食的一部分，有研究表明速凍食品的消費(fèi)已經(jīng)由季節(jié)性消費(fèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槿粘ＯM(fèi)，由此必然會對速凍食品的自動化技術(shù)水平提出更高的要求。

總之，就螺旋速凍機(jī)而言，我國生產(chǎn)的水平與發(fā)達(dá)國家相比還是存在著較大的差距，自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)、設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性有待于提高。因此，加強(qiáng)速凍設(shè)備的研究，在技術(shù)和環(huán)保上都需要在激烈的市場競爭中進(jìn)行更新?lián)Q代，以符合市場的要求，那些無法滿足市場要求的企業(yè)必將在發(fā)展中逐步淘汰，被優(yōu)勢企業(yè)取而代之。