凍干機控制系統(tǒng)簡介

真空冷凍干燥機控制系統(tǒng)簡介大連雙瑞科技有限公司

吳從平一：控制系統(tǒng)組成圖

§現(xiàn)在的系統(tǒng)高集成化、網(wǎng)絡(luò)化，穩(wěn)定性更高，操作更簡單，上圖為雙瑞科技有限公司凍干機的控制系統(tǒng)圖?，F(xiàn)場的控制核心為OMRON公司的CP1H系列可編程控制器，包含有CPU模塊、電源模塊、通訊模塊、輸入模塊、輸出模塊、模擬量A/D模塊，可接收外部開關(guān)信號和模擬信號按設(shè)計程序邏輯輸出控制電機、閥門和加熱器，使冷凍干燥順利進行?！靸龈蓹C電控系統(tǒng)由可編程控制器（ProgramLogicControl簡稱PLC）和遠程電腦（簡稱PC機）通過通訊電纜經(jīng)過數(shù)據(jù)交換進行控制的，主要可分為主電路和控制電路兩部分

§電控系統(tǒng)的主電路部分控制泵組，加熱系統(tǒng)，例：壓縮機由總電源AC380V進入，經(jīng)過控制壓縮機的電機啟動器，接入交流接觸器然后到壓縮機接線端。電機啟動器在這里的作用是短路和過電流保護，交流接觸器起到欠壓和失壓保護，控制電磁閥組由AC220V經(jīng)過控制回路的小型斷路器接入中間繼電器常開回路轉(zhuǎn)換后控制電磁閥。這樣的控制方式可以保護PLC的輸出模塊，避免了電磁閥燒壞而引起的PLC輸出模塊的觸點燒壞的現(xiàn)象，起到隔離的作用。加熱器的控制是由空氣開關(guān)經(jīng)過交流接觸器通過固態(tài)繼電器（雙向晶閘管）由溫控程序進行PID控制?！炜刂齐娐凡糠钟蒔LC、PC機和觸摸屏三部分組成。PLC由電源、CPU、通訊模塊、輸入模塊、輸出模塊、模擬量模塊等部分組成

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首先介紹CPU上有一個RS232通訊端口和一個編程口。RS232一般用于與觸摸屏通訊，通訊模塊上有個通訊端口（以太網(wǎng)選用口）用于PC機通訊。輸入模塊主要是采集壓縮機報警信號及外圍連鎖保護信號，從而觸發(fā)報警器。輸出模塊是輸出電壓信號給熱過載繼電器，連接到交流接觸器的線圈，通過交流接觸器的開關(guān)來控制凍干機上的每臺泵組。輸出電壓信號給中間繼電器線圈，通過中間繼電器開關(guān)來控制電磁閥的開關(guān)。模擬量模塊采集溫度、壓力、真空傳感器的三種不同信號，溫度由溫度傳感器通過溫度變送器轉(zhuǎn)換接入AD模塊，溫度探頭的溫度范圍為-200度-+200度，對應(yīng)的電阻是18.52-175.84歐姆通過溫度變送器轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA的標準信號，溫度變化引起電阻變化從而導(dǎo)致電流變化，這種變化方式是線性變化，變化過程稱為變送輸出。壓力變送器接入DC24V電源，輸出為4-20mA標準信號，真空硅管接入DC24V電源，輸出為0-10V標準信號。

控制部件的介紹1.空氣斷路器2.交流接觸器；熱過載繼電器3.中間繼電器4.固態(tài)繼電器5.隔離變壓器6.不間斷電源7.開關(guān)電源8.接線端子9.溫度變送器10.PT-100鉑熱電阻11.壓力傳感器12.可編程控制器(PLC)13.觸摸屏(PT)

控制部件的分析1.空氣斷路器：概述：空氣斷路器又叫自動開關(guān)或空氣開關(guān)。在電路正常工作時，斷路器可以接通或分斷正常負載電流；當電路發(fā)生嚴重的過載或失壓故障時，斷路器能夠自動的分斷故障電路，有效地保護串接在其后面的電氣設(shè)備。因而，低壓斷路器是一種具有保護環(huán)節(jié)的開關(guān)電器。

控制部件的分析1.1空氣斷路器的框架電流Iu、額定電流Ie、額定電流整定值Ir的含義是什么？框架電流Iu：又稱為額定不間斷電流。指在規(guī)定條件下，電器在長期工作制下，各部件的溫升不超過規(guī)定極限值時所承受的電流值。額定工作電流Ie：

指在規(guī)定條件下，能保證電器正常工作的電流值。它和額定電壓、電網(wǎng)頻率、額定工作制、使用類別、觸頭壽命及防護等級等因素有關(guān)。有時被標識為In。額定電流整定值Ir：這是使用者通過斷路器的脫扣器自行整定的一個電流值，斷路器根據(jù)使用者整定的Ir對電路進行過載、短路保護。

控制部件的分析2.交流接觸器、熱過載繼電器概述：接觸器是一種用來自動接通和斷開主電路，大容量控制電路的控制電器，其主要控制對象是電動機，也可以是其他電力負載。接觸器不僅可用來頻繁地接通或斷開帶負荷電路，而且能實現(xiàn)遠距離控制，還具有失壓保護功能，因而被廣泛使用。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理來工作的保護電器，它在主電路中主要用作電動機的過載保護和缺相保護。

控制部件的分析3、中間繼電器概述： 中間繼電器是在控制電路中傳輸或轉(zhuǎn)換信號的一種電器元件，其作用主要是擴展控制觸點數(shù)量或增強觸點容量。在我們的設(shè)備中一是保護PLC_輸出模塊的觸點，二是轉(zhuǎn)換輸出信號

控制部件的分析

4、固態(tài)繼電器概述：

固態(tài)繼電器是一種四端有源器件，簡稱ACSSR。其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出控制端，中間采用光電隔離，以實現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離。當輸入端加上直流或脈沖信號，輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)，從而控制交大的交流負載。

控制部件的分析5、隔離變壓器概述：隔離變壓器首先要明白什么是“隔離”，變壓器的隔離是隔離什么？隔離的作用是什么？隔離是指變壓器原副邊繞線圈之間是電絕緣的。變壓器的隔離是隔離原副邊繞線圈各自的電流。隔離有很多種，對于低壓常見的變壓器主要是金屬繞線圈外面敷上絕緣漆，然後原副邊繞線圈繞在一匝鐵心上組成一個變壓器。這種變壓器的繞線圈使用的導(dǎo)線很多人就叫其“漆包線”。原因就是那層絕緣漆。這時原副邊就是靠那層漆絕緣的，即隔離的。運用到我們雙瑞凍干機上，減少了工業(yè)電網(wǎng)上的電壓的沖擊，和雷擊造成的對我們設(shè)備控制系統(tǒng)的影響。

控制部件的分析6、不間斷電源概述：不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備及控制系統(tǒng)提供不間斷的電力供應(yīng)。當市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電；當市電中斷(事故停電)時,UPS立即將機內(nèi)電池的電能,通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。

UPS作為保護性的電源設(shè)備，它的性能參數(shù)具有重要意義，應(yīng)是我們選購時的考慮重點。

控制部件的分析7、開關(guān)電源概述：

簡單的說，電源的作用是把交流電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換為適合儀器儀表使用的低壓直流電，來驅(qū)動我們的設(shè)備。主要采用脈沖變壓器耦合型開關(guān)穩(wěn)壓電源，主要的轉(zhuǎn)換過程為：高壓市頻交流-（整流、濾波）>高壓直流-（調(diào)制）>高壓高頻交流-（變壓）>低壓高頻交流-（整流、濾波）>低壓直流

控制部件的分析8、接線端子概述：ABB端子的三種連接技術(shù)：螺釘連接、彈簧連接、免剝線快速連接代表著全球連接技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。a.螺釘連接b.接觸壓力高，連接可靠c.螺釘自鎖，抗振動，免維護d.防手指觸摸e.全銅的金屬件

控制部件的分析9、溫度變送器概述：

溫度變送器采用熱電阻作為測溫元件，從測溫元件輸出信號送到變送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的4-20mA電流信號輸出。

控制部件的分析10、PT100鉑熱電阻概述：電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅,此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。通常凍干機使用的熱電阻的使用范圍在-100度到150度，依據(jù)PT100型鉑熱電阻分度表，在不同的溫度段所對應(yīng)的電阻值是不同的。

控制部件的分析壓力變送器的其測量方法是：流程壓力和參考壓力分別作用于集成硅壓力敏感元件的兩端，其差壓使硅片變形（位移很小，僅μm級），以使硅片上用半導(dǎo)體技術(shù)制成的全動態(tài)惠斯登電橋在外部電流源驅(qū)動下輸出正比于壓力的mV級電壓信號。由于硅材料的強性極佳，所以輸出信號的線性度及變差指標均很高。工作時，壓力變送器將被測物理量轉(zhuǎn)換成mV級的電壓信號，并送往放大倍數(shù)很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大后的信號經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換變換成相應(yīng)的電流信號，再經(jīng)過非線性校正，最后產(chǎn)生與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標準電流電壓信號。壓力變送器根據(jù)測壓范圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa-20MPa）和微差壓變送器（0-0kPa）兩種。

控制部件的分析12、可編程控制器現(xiàn)場的控制核心，現(xiàn)使用OMRON公司的CP1H系列可編程控制器，包含有CPU、電源、通訊模塊、輸入模塊、輸出模塊、模擬量A/D模塊.可接收外部開關(guān)信號和模擬信號按設(shè)計程序邏輯輸出控制電機、閥門和加熱器，使冷凍干燥順利進行。CPU模塊：整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，進行邏輯運算處理，與一般計算機一樣，它按系統(tǒng)程序賦予的功能指揮可編程控制器有條不紊的進行工作。CPU模塊是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。

控制部件的分析電源模塊：提供可編程控制器各單元用的能源，連接220V交流電源或24V直流電源。輸入模塊：用于接收數(shù)字傳感器（開關(guān)信號），比如在冷凍干燥設(shè)備上可通過接收水壓力繼電器的開關(guān)信號判斷水壓是否正常。輸出模塊：用于輸出控制外部的執(zhí)行機構(gòu)，可連接控制電磁閥、接觸器、小功率電機、燈和電機啟動器。A/D模塊：通過這些模塊可將模擬傳感器的電流、電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號供CPU模塊處理。在系統(tǒng)中采集溫度、真空、壓力信號。模擬量模塊接收設(shè)備上的溫度和壓力。計算并在上位電腦或工業(yè)觸摸屏上顯示。通訊模塊：模塊上分別有RS232和RS422兩種硬件接口用于與外控電腦、觸摸屏、及控制儀表通訊，進行聯(lián)合控制。我們采用以太網(wǎng)通訊方式實現(xiàn)PC機和可編程控制器連接通訊。