基于PLC的食品真空冷冻干燥机的控制

【摘 要】PLC编辑控制器是日常生产中自动化常见手段，本文重点对PLC在食品真空冷冻机中的常见控制进行了详细的分析，目的是实现食品行业的自动化生产，提高食品在进行真空冷冻干燥中的效率，保证了企业的最大经济效益。

【关键词】PLC；食品；真空；冷冻；干燥

一、前言

PLC技术是自动化控制技术中常见的一种，是以计算机为操作基础，对相关的生产工艺进行自动化控制的一种方式，随着食品行业的发展，目前PLC技术在食品真空冷冻干燥中已经有所运用，本文针对技术进行了详细的分析，供相关的技术人员参考。

二、PLC的主要优点

PLC我们常常称为编程控制器，是目前自动化中非常重要手段，由于目前功能非常强大，因此在工业化中的得到了非常广泛的运用那么对于PLC而言，和传统的电器系统相同，无疑是有非常多的优点，具体表现为以下几点：

1、首先，作为现代化的控制装备，其可靠性无疑是非常出色的，和传统的继电控制系统相比，取代了传统系统中线路非常复杂，而且解决由于接触不良等问题造成的原因，因此传统的继电控制系统无疑容易出现故障，而现代化的PLC是采用软件进行控制，减少了硬件的连接，因此大大的减少了由于接触不良导致的故障，因此在稳定性上更加出色。

2、系统的设计、安装、调试工作量小：PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等元器件，使系统的设计、安装和接线工作量大大减少。其次，由于PLC使用软件取代了传统的控制系统，因此中间的继电系统，以及计数器等原件器和一些安装工作会大大的减少，因此整个工作量以及调试量因此会减少很多。

3、再次由于PLC发生的故障较低，所以在维修上工作量更小，而且维修也更加的方便，因此大大的降低了成本。

4、和传统的控制系统相比，由于PLC控制系统减少了中间大量的环节，所以和传统的继电器相比体积大大的减少，一方面是有效的减少了空间，另外一方面是降低了整个过程中的能耗，降低了整个过程中的成本。

三、食品真空冷冻干燥机和控制对象介绍

1、真空冷冻干燥机是在食品行业中常常使用的设备，主要用于食品在生产之后的干燥，它是冻干制品生产线上的主要设备。它将含水物料速冻至共晶点温度以下，将食品放入一个特定的干燥的和底纹的环境，使水分在固态下升华，从而能够将食品进行有效的干燥。随着电子技术的不断发展，目前食品真空冷冻干燥机也得到了一定的发展，干燥过程的计算机控制对于传统的继电控制的替代是目前的发展趋势。本文介绍了一种基于组态软件平台采用PLC系统控制对全程进行有效的监控。

2、真空冷冻干燥机的基本组成有以下几个部分：干燥箱是一种能抽真空和加热的密封容器，用于放置需要干燥的药品；冷凝器可捕捉从干燥箱升华出来的水蒸气并冷却排出；加热系统对干燥箱内物料进行加热，以提供药品中水分升华所需热量；制冷系统为干燥箱和冷凝器提供冷源；真空系统提供干燥箱和冷凝器所需的真空度；循环系统为干燥箱和冷凝器中的传热媒质提供循环动力。冻干机控制系统应该具备以下功能。按制定好的冻干时序控制开关真空系统的真空泵和阀门；开关制冷系统的压缩机和阀门；开关加热系统上的电加热电源或流体加热的循环泵和阀门；开关液压系统上的泵和阀门；开关测量系统上的各种仪表的电源等，使各系统完成协调运行。保证设备安全运行，实现对产品质量和设备运行的保护，能实现自动和手动控制切换。由于冻干机系统经常对不同药品进行干燥，而不同的药品又有不同的干燥工艺，这就要求控制系统的监控软件具有编写冻干程序的功能，实现不同真空度大小、加热温度和冻干时间的控制。

四、控制系统核心PLC设计

传统的食品干燥冷冻系统基本上都是在仪表控制和按钮控制中实现的，控制方式也主要是以手动的方式进行控制，而在机械的内部主要是以继电系统通过自锁或者是互锁等简单的逻辑方式进行控制，系统在运行的过程中报警状态主要是以指示灯的形式进行传达，单只这种控制电路存在一定的缺陷，不仅在操作和维护上存在非常复杂的特点，而且对于后期的维护也非常不利，操作人员需要定时的进行抄录，由于抄录工作的工作量较大，因此抄录的数据不能及时的对实际情况进行详细的分析，也不利于后期的数据分析，因此PLC作为工业中常用的自动化控件，其有比较强的抗感干扰能力，可靠性较强，设备在设计的过程中较为简单，能够满足实际食品真空干燥冷冻的需要。

1、电气设备控制

PLC的主要功能是控制电气设备，控制的设备包括真空泵、电磁阀、压缩机等。所有的设备都是通过中间继电器驱动的。PLC通过输入模块得到继电器的状态，从而能够监视各个设备当前的工作状况；通过输出模块控制继电器的动作，达到驱动设备启停的动作。因为实际的食品冻干机要求自动能无扰切换到手动，PLC也会通过输入模块读取各个手动按钮的动作，通过逻辑功能用一个按钮实现启、停2个动作，提高了操作效率。在主回路上，由于驱动设备很多是电机（如压缩机、真空泵），主回路上一定要配备热继电器保护和空气开关，保证冻干机的安全性能。

2、信号测量

系统需要远程测量温度和压力。由于强电干扰和PLC的AI模块精度有限等许多原因，传回的4～20mA电流信号有时受到的干扰很大。同过示波器等查看有时加载信号上的杂波很突出，未解决此问题方法有2种，一种是多组电容并联可减小纹波，电容大小需现场调试，另一种是利用软件滤波。

3、通信

传统上PLC与上位机的通讯大多采用串口通讯方式，当数据量很大时通讯速度会变慢，数据的实时性会受到很大的影响。该食品冻干机没有采用传统的基于串口的通讯方式，而是采用工业以太网TCP/IP协议，其优点在于：①即插即用。串口不能随意热插拔，而以太网口不存在这一问题。②通讯速度更快。一般串口通讯速度为9600kbps，以太网速可达100M以上，相差极大。③前景广阔。以太网是目前计算机网络中最常见的通讯协议标准，对食品冻干产业化，形成多层数字化工厂有很大好处。随着未来食品工业规模的不断扩大，拥有多台食品冻干机为了便于管理和监控，势必需要用以太网将设备连接在一起，同时方便与上层管理对接，传统的串口通讯会遇到很大的问题。

五、PLC 控制系统在真空冷冻干燥机中实现的功能

在真空冷冻干燥机监控系统中， 控制系统要能进行全自动的冻干控制， 包括预冻、 加热、 抽真空、 压塞、 放气、 除霜、 灭菌等。PLC 完成的主要任务是采集现场的实时数据（ 开关量、 模拟量） 。 控制系统中下位机各仪表传感器可实现各种模拟信号的采集、 显示， 可独立实现部分控制功能， 也可以按上位机的指令控制。 带RS-485 通讯接口的PLC 作为上位机的各输入输出开光量信号的接口， PLC 本身具有独立的连锁保护和部分程控、 定时功能， 可以在应急状态下配合手工操作台实现应急操作。 PLC 根据冻干工艺程序实现对现场设备的控制， 与计算机通讯传输数据并接受控制信号。需要强调的是PLC 与计算机之间的通讯任务是由计算机主动发起的， 前者只是在后者的要求下， 完成应答。

六、结束语

综上所述，本文对PLC的优势以及食品真空冷冻干燥的应用进行了详细的分析，在此基础上，分析了PLC在食品真空干燥机的运用，目的是提高食品在生产过程中的自动化，保证了食品在生产过程中的安全，提高了我国食品安全，促进了我国食品行业的自动化发展。

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