凍干機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

真空冷凍干燥機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jiǎn)單，上圖為雙瑞科技有限公司凍干機(jī)的控制系統(tǒng)圖?，F(xiàn)場(chǎng)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(kāi)關(guān)信號(hào)和模擬信號(hào)按設(shè)計(jì)程序邏輯輸出控制電機(jī)、閥門(mén)和加熱器，使冷凍干燥順利進(jìn)行?！靸龈蓹C(jī)電控系統(tǒng)由可編程控制器（ProgramLogicControl簡(jiǎn)稱PLC）和遠(yuǎn)程電腦（簡(jiǎn)稱PC機(jī)）通過(guò)通訊電纜經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)交換進(jìn)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(jī)由總電源AC380V進(jìn)入，經(jīng)過(guò)控制壓縮機(jī)的電機(jī)啟動(dòng)器，接入交流接觸器然后到壓縮機(jī)接線端。電機(jī)啟動(dòng)器在這里的作用是短路和過(guò)電流保護(hù)，交流接觸器起到欠壓和失壓保護(hù)，控制電磁閥組由AC220V經(jīng)過(guò)控制回路的小型斷路器接入中間繼電器常開(kāi)回路轉(zhuǎn)換后控制電磁閥。這樣的控制方式可以保護(hù)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(diǎn)燒壞的現(xiàn)象，起到隔離的作用。加熱器的控制是由空氣開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)交流接觸器通過(guò)固態(tài)繼電器（雙向晶閘管）由溫控程序進(jìn)行PID控制。§控制電路部分由PLC、PC機(jī)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(gè)RS232通訊端口和一個(gè)編程口。RS232一般用于與觸摸屏通訊，通訊模塊上有個(gè)通訊端口（以太網(wǎng)選用口）用于PC機(jī)通訊。輸入模塊主要是采集壓縮機(jī)報(bào)警信號(hào)及外圍連鎖保護(hù)信號(hào)，從而觸發(fā)報(bào)警器。輸出模塊是輸出電壓信號(hào)給熱過(guò)載繼電器，連接到交流接觸器的線圈，通過(guò)交流接觸器的開(kāi)關(guān)來(lái)控制凍干機(jī)上的每臺(tái)泵組。輸出電壓信號(hào)給中間繼電器線圈，通過(guò)中間繼電器開(kāi)關(guān)來(lái)控制電磁閥的開(kāi)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(hào)，溫度由溫度傳感器通過(guò)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(duì)應(yīng)的電阻是18.52-175.84歐姆通過(guò)溫度變送器轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，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(guò)程稱為變送輸出。壓力變送器接入DC24V電源，輸出為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，真空硅管接入DC24V電源，輸出為0-10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

控制部件的介紹1.空氣斷路器2.交流接觸器；熱過(guò)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(kāi)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(dòng)開(kāi)關(guān)或空氣開(kāi)關(guān)。在電路正常工作時(shí)，斷路器可以接通或分?jǐn)嗾Ｘ?fù)載電流；當(dāng)電路發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載或失壓故障時(shí)，斷路器能夠自動(dòng)的分?jǐn)喙收想娐?，有效地保護(hù)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(hù)環(huán)節(jié)的開(kāi)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(zhǎng)期工作制下，各部件的溫升不超過(guò)規(guī)定極限值時(shí)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(hù)等級(jí)等因素有關(guān)。有時(shí)被標(biāo)識(shí)為In。額定電流整定值Ir：這是使用者通過(guò)斷路器的脫扣器自行整定的一個(gè)電流值，斷路器根據(jù)使用者整定的Ir對(duì)電路進(jìn)行過(guò)載、短路保護(hù)。

控制部件的分析2.交流接觸器、熱過(guò)載繼電器概述：接觸器是一種用來(lái)自動(dòng)接通和斷開(kāi)主電路，大容量控制電路的控制電器，其主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可以是其他電力負(fù)載。接觸器不僅可用來(lái)頻繁地接通或斷開(kāi)帶負(fù)荷電路，而且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，還具有失壓保護(hù)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(lái)工作的保護(hù)電器，它在主電路中主要用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)和缺相保護(hù)。

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(hào)的一種電器元件，其作用主要是擴(kuò)展控制觸點(diǎn)數(shù)量或增強(qiáng)觸點(diǎn)容量。在我們的設(shè)備中一是保護(hù)PLC_輸出模塊的觸點(diǎn)，二是轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)

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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離。當(dāng)輸入端加上直流或脈沖信號(hào)，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(fù)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(duì)于低壓常見(jiàn)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(gè)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(shí)原副邊就是靠那層漆絕緣的，即隔離的。運(yùn)用到我們雙瑞凍干機(jī)上，減少了工業(yè)電網(wǎng)上的電壓的沖擊，和雷擊造成的對(duì)我們?cè)O(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(chǔ)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(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)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(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷(事故停電)時(shí),UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的電能,通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。

UPS作為保護(hù)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(gòu)時(shí)的考慮重點(diǎn)。

控制部件的分析7、開(kāi)關(guān)電源概述：

簡(jiǎn)單的說(shuō)，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(lái)驅(qū)動(dòng)我們的設(shè)備。主要采用脈沖變壓器耦合型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，主要的轉(zhuǎn)換過(guò)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(shì)。a.螺釘連接b.接觸壓力高，連接可靠c.螺釘自鎖，抗振動(dòng)，免維護(hù)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(cè)溫元件，從測(cè)溫元件輸出信號(hào)送到變送器模塊，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護(hù)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(hào)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(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻測(cè)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(lái)進(jìn)行溫度測(cè)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(kāi)始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。通常凍干機(jī)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(duì)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(cè)量方法是：流程壓力和參考?jí)毫Ψ謩e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(jí)），以使硅片上用半導(dǎo)體技術(shù)制成的全動(dòng)態(tài)惠斯登電橋在外部電流源驅(qū)動(dòng)下輸出正比于壓力的mV級(jí)電壓信號(hào)。由于硅材料的強(qiáng)性極佳，所以輸出信號(hào)的線性度及變差指標(biāo)均很高。工作時(shí)，壓力變送器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成mV級(jí)的電壓信號(hào)，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(dòng)式放大器。放大后的信號(hào)經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換變換成相應(yīng)的電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)非線性校正，最后產(chǎn)生與輸入壓力成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流電壓信號(hào)。壓力變送器根據(jù)測(cè)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(chǎng)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(kāi)關(guān)信號(hào)和模擬信號(hào)按設(shè)計(jì)程序邏輯輸出控制電機(jī)、閥門(mén)和加熱器，使冷凍干燥順利進(jìn)行。CPU模塊：整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，與一般計(jì)算機(jī)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(jìn)行工作。CPU模塊是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái)PLC至少有一個(gè)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(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)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(hào)，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(kāi)關(guān)信號(hào)），比如在冷凍干燥設(shè)備上可通過(guò)接收水壓力繼電器的開(kāi)關(guān)信號(hào)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(jī)構(gòu)，可連接控制電磁閥、接觸器、小功率電機(jī)、燈和電機(jī)啟動(dòng)器。A/D模塊：通過(guò)這些模塊可將模擬傳感器的電流、電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)供CPU模塊處理。在系統(tǒng)中采集溫度、真空、壓力信號(hào)。模擬量模塊接收設(shè)備上的溫度和壓力。計(jì)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(jìn)行聯(lián)合控制。我們采用以太網(wǎng)通訊方式實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和可編程控制器連接通訊。