基于PLC的熱風干燥機的設計

南 京 工 程 學 院畢業(yè)設計說明書(論文)作 者： 喬峰 學 號： 1204354117系 部： 能源與電氣工程學院 專 業(yè)： 自動化 題 目：基于多路 PID 的雙熱源式熱風干燥機的設計 指導者： 劉利 講師 (姓 名) (專業(yè)技術職務)評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)2016 年 5 月 南 京熱 風 干 燥 系 統(tǒng) 是 一 種 提 供 溫 度 恒 定 ， 風 量 恒 定 的 工 業(yè) 熱 風 的 系 統(tǒng) ， 在 印 刷行 業(yè) 和 造 紙 等 行 業(yè) 有 著 廣 泛 的 應 用 。 傳 統(tǒng) 的 熱 風 干 燥 系 統(tǒng) 只 使 用 電 加 熱 作 為熱 源 ， 同 時 用 作 除 濕 裝 置 ， 能 耗 較 高 ； 而 新 型 的 雙 熱 源 式 熱 風 干 燥 機 ， 增 加了 熱 泵 裝 置 ， 熱 泵 可 通 過 冷 凝 過 程 進 行 除 濕 ， 并 且 此 過 程 吸 收 的 熱 量 又 可 以用 來 加 熱 ， 大 大 降 低 了 能 耗 。本 文 主 要 介 紹 了 一 種 以 PLC為 控 制 中 樞 的 雙 熱 源 式 熱 風 干 燥 機 ， 詳 細 介紹 了 其 硬 件 構 成 ， 控 制 要 求 以 及 控 制 算 法 的 基 本 實 現 方 法 。 在 溫 度 和 風 量 的控 制 中 ， 引 入 了 PID算 法 ， 并 結 合 PID功 能 ， 達 到 這 兩 個 參 數 的 精 確 控 制 。并 且 由 于 PID的 引 入 ， 使 系 統(tǒng) 具 有 了 很 強 的 抗 干 擾 能 力 。 本 文 還 涉 及 了 組 態(tài) 技術 ， 通 過 撰 寫 組 態(tài) 界 面 使 系 統(tǒng) 易 于 使 用 。 此 外 ， 對 系 統(tǒng) 的 能 耗 進 行 了 分 析 ，提 出 了 幾 種 降 低 能 耗 提 高 效 率 的 方 法 。經 過 調 試 和 檢 驗 ， 本 系 統(tǒng) 溫 度 和 風 量 的 控 制 均 穩(wěn) 定 且 快 速 ， 達 到 了 預 期 的控 制 要 求 。關鍵詞 熱 風 干 燥 系 統(tǒng) 熱 泵 除 濕 PID 算 法 組 態(tài) PLC畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 中 文 摘 要畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title The Design of A Convective Hot Air Dryer Based On Multi-loop PID AlgorithmAbstractHot air drying system is a system that provides hot air which has constant temperature and air volume, its been widely used in printing and papermaking industry. The traditional hot air drying systems only use electrical heating as their heat source and at the same time the dehydrating unit. They have higher energy consumption than the new hot air drying systems which are equipped heat pump as the additional heat source. The condensation process of heat pump can not only be used to dehumidification but also to heat. It reduces the energy consumption quite a lot.This article is mainly focused on a bio heat source hot air system based on PLC, introduces its hardware, control requirement as well as the way to realize it in detail. PID algorithm is introduced to control temperature and air volume precisely and the system gets the very strong anti-interference ability in the wake of the introduction of PID algorithm. Configuration Technology is also involved in this article to make the system easier to use. Furthermore, we made some analyzes about power consumption of the system, after that came up with some kinds of methods to improve its efficiency.We can control temperature and air volume steady and quickly after tuning it. Which achieves the control requirement. Keywords Hot air drying system heat pump dehumidification PID algorithm configuration南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文）目錄1 緒論 .11.1 概述 .11.2 熱風干燥機的分類 .11.2.1 單熱源與雙熱源式干燥機 .11.2.2 雙熱源式相較于單熱源式的優(yōu)點 .11.3 本課題研究的主要內容 .22 雙熱源式熱風干燥機的總體設計 .32.1 熱風干燥機綜述 .32.2 熱風干燥系統(tǒng)的功能設計 .42.3 熱風干燥系統(tǒng)實現方法概述 .53 熱風干燥系統(tǒng)硬件設計 .73.1 熱風干燥控制系統(tǒng)的總體構成 .73.1.1 干燥機腔體 .73.1.2 主控器 DCCE MAC1120 PLC 簡介 .93.2 熱風干燥系統(tǒng)的電氣設備選型 .103.2.1 檢測與執(zhí)行裝置 .103.2.2 輸入輸出模塊的選擇 .143.2.3 電源模塊的選擇 .163.2.4 變頻器的選擇 .163.2.5 可控硅功率調節(jié)器的選擇 .173.2.6 觸摸屏的選擇 .173.3 設備間的通訊以及接線 .183.3.1 輸入輸出的接線 .183.3.2 變頻器的接線及其控制方式 .193.3.3 觸摸屏與 PLC 的通訊連接 .214 熱風干燥系統(tǒng)軟件設計 .224.1 控制系統(tǒng)的流程圖 .224.2 系統(tǒng)軟件實現 .234.2.1 數據的轉換 .234.2.2 風機啟動與延時停止的實現 .244.2.3 補壓與泄壓的實現 .244.2.4 PID 控制的實現 .254.2.5 PLC 與變頻器通訊的編程實現 .344.2.6 觸摸屏畫面的編纂 .354.2.7 報警功能的實現 .385 降低系統(tǒng)能耗的方法 .40南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文）5.1 系統(tǒng)能耗分布概述 .405.2 降低能耗與提高效率的方法 .405.2.1 硬件上的改進 .405.2.2 軟件上的改進 .416 總結 .42致 謝 .43參考文獻: .44南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 11 緒論1.1 概述熱 風 干 燥 機 是 利 用 加 熱 技 術 和 熱 交 換 技 術 來 產 生 熱 風 的 設 備 ， 在 印 刷 業(yè) 應用 很 多 。 在 傳 統(tǒng) 的 干 燥 設 備 中 ， 電 加 熱 干 燥 設 備 占 據 了 很 大 一 部 分 ， 但 這 部 分設 備 存 在 普 遍 的 問 題 ， 就 是 能 耗 特 別 大 ， 熱 風 干 燥 機 和 普 通 的 電 加 熱 設 備 相 比 ，節(jié) 能 比 例 達 到 了 80%左 右傳 統(tǒng) 意 義 上 熱 風 干 燥 機 是 由 鼓 風 機 、 加 熱 器 、 控 制 電 路 三 大 部 分 組 成 。 熱 風干 燥 機 在 電 子 、 食 品 、 制 藥 、 包 裝 等 各 行 業(yè) 應 用 前 景 十 分 廣 泛 。1.2 熱風干燥機的分類1.2.1 單熱源與雙熱源式干燥機單 熱 源 式 干 燥 機 ， 是 指 這 種 干 燥 機 只 有 一 個 熱 源 ， 普 遍 是 電 加 熱 ， 電 加 熱模 塊 既 用 來 加 熱 ， 也 用 來 除 濕 干 燥 。 從 進 風 腔 傳 入 的 空 氣 經 過 電 加 熱 除 濕 和 加熱 之 后 又 被 送 進 進 風 腔 。雙 熱 源 式 熱 風 干 燥 機 ， 是 指 擁 有 電 加 熱 和 熱 泵 除 濕 兩 種 熱 源 的 干 燥 機 。 它有 兩 個 蒸 發(fā) 器 ， 利 用 除 濕 蒸 發(fā) 量 ， 吸 收 水 蒸 汽 的 汽 化 潛 熱 ， 脫 去 水 分 ； 利 用 熱泵 蒸 發(fā) 器 向 環(huán) 境 空 氣 采 熱 ， 使 制 冷 工 質 在 蒸 發(fā) 器 內 由 液 體 變 為 氣 體 ， 經 壓 縮 機 ，壓 至 冷 凝 器 。 冷 凝 器 也 稱 為 熱 交 換 器 ， 脫 濕 后 的 空 氣 ， 在 此 處 被 高 溫 制 冷 工 質加 熱 ， 而 制 冷 工 質 在 此 放 出 汽 化 潛 熱 而 被 冷 卻 為 同 壓 下 的 液 體 ， 經 膨 脹 閥 ， 回到 蒸 發(fā) 器 繼 續(xù) 循 環(huán) 。1.2.2 雙熱源式相較于單熱源式的優(yōu)點雙 熱 源 式 熱 風 干 燥 機 要 比 單 熱 源 式 干 燥 機 更 加 節(jié) 能 。 如 果 要 求 僅 僅 需 要 供給 熱 風 而 對 濕 度 沒 有 要 求 的 話 ， 那 么 普 遍 使 用 電 加 熱 就 可 以 達 到 要 求 。 而 熱 泵可 以 通 過 吸 收 大 氣 的 熱 量 來 用 于 加 熱 ， 它 的 能 耗 僅 僅 為 電 加 熱 的 約 1/3， 并 且如 果 兩 種 熱 源 配 合 使 用 的 話 ， 可 以 達 到 既 快 速 又 節(jié) 能 的 控 制 要 求 。 雙 熱 源 熱 風干 燥 機 是 現 在 的 主 流 ， 單 熱 源 式 的 干 燥 機 正 在 慢 慢 被 淘 汰 。南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 21.3 本課題研究的主要內容雙 熱 源 式 熱 風 干 燥 機 的 應 用 已 經 成 為 一 種 趨 勢 ， 面 對 用 戶 日 益 嚴 格 的 控 溫 精確 度 和 節(jié) 能 的 要 求 ， 如 何 讓 熱 風 干 燥 機 溫 度 控 制 更 加 精 確 ， 在 不 影 響 效 率 的 情況 下 更 加 節(jié) 能 成 了 設 備 設 計 者 要 解 決 的 一 大 難 題 。 在 干 燥 機 系 統(tǒng) 中 ， 影 響 被 控對 象 （ 溫 度 ， 風 量 ） 的 擾 動 有 非 常 多 。 如 ： 進 風 溫 度 ， 環(huán) 境 溫 度 等 ， 如 何 克 服這 些 擾 動 ， 實 現 系 統(tǒng) 對 擾 動 的 實 時 響 應 ， 以 提 高 控 制 精 度 ， 也 是 影 響 產 品 性 能的 一 大 因 素 。本 次 設 計 主 要 內 容 如 下 ：(1)對 熱 風 干 燥 系 統(tǒng) 進 行 概 述 。(2)為 解 決 單 熱 源 干 燥 機 的 能 耗 問 題 ， 設 計 一 款 雙 熱 源 干 燥 機 ， 包 括 機 械 部分 電 氣 部 分 以 及 控 制 算 法 。 并 結 合 自 動 控 制 原 理 對 控 制 算 法 進 行 調 試 和優(yōu) 化 ， 力 求 系 統(tǒng) 快 速 性 好 ， 準 確 性 高 ， 穩(wěn) 定 性 好 。(3)探 究 更 多 節(jié) 能 的 方 法 ， 降 低 系 統(tǒng) 能 耗 。(4)設 計 人 機 界 面 ， 使 系 統(tǒng) 簡 單 易 用 。南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 32 雙熱源式熱風干燥機的總體設計2.1 熱風干燥機綜述現 需 要 向 印 刷 行 業(yè) 提 供 穩(wěn) 定 可 靠 的 熱 風 風 源 設 備 ， 本 設 備 主 要 由 ： 電 加 熱設 備 ， 壓 縮 機 ， 入 風 電 機 ， 和 各 種 風 量 和 溫 度 傳 感 器 組 成 ， 其 工 藝 流 程 圖 如 圖2-1所 示 。 其 中 箭 頭 空 氣 流 動 方 向 。圖2-1 干燥機原理圖如 圖 所 示 ， 在 腔 體 底 層 的 風 機 先 吸 入 大 量 的 空 氣 作 為 加 熱 的 原 材 料 ， 此 風 機也 是 腔 體 內 氣 體 流 動 的 動 力 源 ， 吸 入 的 空 氣 通 過 壓 縮 機 和 電 加 熱 （ PWM可 控 硅調 功 加 熱 ） ， 使 空 氣 的 溫 度 到 達 設 定 值 ， 此 時 被 加 熱 的 空 氣 （ 熱 風 ） 被 送 入 另一 個 腔 體 中 ， 對 加 工 的 產 品 進 行 加 熱 烘 干 ， 當 壓 縮 機 不 能 夠 滿 足 加 熱 的 需 求 時 ，便 會 啟 動 壓 縮 機 加 熱 ， 兩 個 加 熱 方 式 協 同 作 用 ， 達 到 高 效 節(jié) 能 的 目 的 。 使 用 過后 的 廢 棄 ， 會 通 過 兩 次 排 氣 ， 最 終 被 排 出 。 從 產 品 加 工 的 腔 體 被 排 出 ， 此 時 是第 一 次 排 氣 ， 在 此 過 程 中 ， 使 用 熱 交 換 裝 置 對 廢 氣 中 剩 余 的 能 量 進 行 回 收 ，回 收 的 能 量 通 過 大 規(guī) 模 并 且 復 雜 的 銅 管 傳 入 加 熱 裝 置 ， 在 此 用 于 加 熱 環(huán) 節(jié) ，廢 棄 經 過 能 量 回 收 之 后 ， 最 終 被 排 出 腔 體 外 ， 在 第 二 次 排 氣 的 排 氣 口 ， 亦 可 設有 風 機 來 抽 風 ， 保 證 廢 棄 正 常 排 出 。其 中 風 量 由 風 門 的 開 度 進 行 控 制 ， 在 排 風 口 和 回 風 口 分 別 設 有 風 門 執(zhí) 行 器 ，通 過 兩 個 風 門 執(zhí) 行 器 在 開 度 上 的 配 合 可 以 控 制 風 量 保 持 穩(wěn) 定 。本 系 統(tǒng) 通 過 電 加 熱 與 壓 縮 機 協 同 控 溫 ， 使 用 廢 棄 能 量 回 收 裝 置 來 使 能 源 利 用最 大 化 ， 并 且 使 用 PID技 術 ， 對 溫 度 ， 風 量 進 行 精 確 控 制 。 達 到 了 高 效 ， 并 且 節(jié)能 的 效 果 。南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 42.2 熱風干燥系統(tǒng)的功能設計1、 設 好 風 機 風 量 ， 啟 動 風 機 ， 風 量 控 控 制 置 自 動 。2、 回 風 風 量 控 制 閥 置 手 動 ， 并 給 一 個 初 始 值 （ 此 值 由 觸 摸 屏 輸 入 ） ， 排風 風 壓 控 制 閥 置 手 動 ， 并 給 一 個 初 始 值 （ 此 值 由 觸 摸 屏 輸 入 ） 。3、 選 擇 是 否 只 用 電 加 熱 ， 如 只 用 電 加 熱 則 ， 電 加 熱 控 制 回 路 置 自 動 ， 設 定值 由 觸 摸 屏 給 出 。如 不 選 擇 只 用 電 加 熱 ， 則 根 據 溫 度 設 定 值 與 實 際 值 的 差 ， 當 差 大 于 5度 時 ，壓 縮 機 和 電 加 熱 輸 出 置 100%， 當 差 小 于 5度 時 ， 先 使 用 壓 縮 機 來 控 制 溫 度 ， 壓縮 機 溫 度 控 制 回 路 置 自 動 、 電 加 熱 輸 出 置 0。當 壓 縮 機 輸 出 100%并 維 持 一 定 時 間 （ 此 時 間 由 觸 摸 屏 輸 入 ） 后 ， 壓 縮 機 輸出 保 持 在 100%然 后 電 加 熱 回 路 置 自 動 。 同 時 ， 當 壓 縮 機 高 壓 壓 力 高 于 高 壓 1保護 壓 力 時 ， 壓 縮 機 改 為 由 高 壓 壓 力 控 制 ， 并 自 動 保 持 在 一 個 值 （ 此 值 即 壓 縮 機壓 力 控 制 的 設 定 值 ） ， 此 時 電 加