一种基于plc的果蔬膨化压力控制系统的制作方法
【专利摘要】一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，包括可编程逻辑控制器，其与变频器、电动调节阀、流量变送器、压力变送器、控制管道进气开关的电磁阀及排气开关的电磁阀电连接，变频器与空压机电机组电连接，空压机电机组通过管道连接至膨化加热仓，膨化加热仓内部有压力变送器，管道上装有流量变送器，压力信号一路送至变频器，控制空压机电机组的第二空压机电机的转速，另一路作为第一信号处理单元的输入设定值，与流量变送器检测到的进气管道反馈信号进行比较后，所得偏差经第一信号处理单元处理后输出至电动调节阀，以控制进气管道阀门开度大小，实现对膨化加热仓内压力的自动控制，提高生产效率及膨化产品质量，具有反馈灵敏、控制精确的特点。
【专利说明】一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及自动化控制【技术领域】，特别涉及一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统。
【背景技术】
[0002]在果蔬变温压差膨化加工过程中，对膨化加热仓内压力的精确控制是影响膨化产品质量的关键技术。压力越高，膨化加热仓与真空膨化罐之间的压差愈大，果蔬膨化效果愈明显，但压力也不宜过高，否则会造成一些易破碎的果蔬过度膨化而裂开，破坏其外观形态；压力若太小，则果蔬膨化效果不明显。
[0003]目前国内采用的间歇式膨化机，压缩空气进气管道阀门由人工控制，无法实现管道进气流量与膨化压力的随动变化，工艺参数压力控制精度低，上下限变化范围大，自动化程度低，造成工厂化生产的果蔬膨化产品稳定性、一致性差；有些虽然也采用数字显示、计算机控制，但是由于现场的高湿、高温环境造成的电磁干扰使得控制系统运行不稳定，成熟的工艺难以实现，使得果蔬膨化产品质量难以保证，生产效率低，果蔬物料浪费严重。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，能够实现对膨化加热仓内压力的自动控制，提高生产效率及膨化产品质量，具有反馈灵敏、快速性好、稳定性高等特点。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0006]一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，包括可编程逻辑控制器I，可编程逻辑控制器I模拟量输出端与变频器2及电动调节阀4的输入端电连接，变频器2输出端与空压机电机组3电源输入端电连接，空压机电机组3通过管道5连接至膨化加热仓6，管道5上安装有电动调节阀4和流量变送器7，膨化加热仓6内部安装有压力变送器8，流量变送器7及压力变送器8的信号输出端与可编程逻辑控制器I的相应模拟量输入端电连接，可编程逻辑控制器I的数字量输出端分别与报警装置12、控制管道进气开关的电磁阀13及排气开关的电磁阀14电连接。
[0007]所述可编程逻辑控制器I包含有第一信号处理单元9，其为流量调节器。
[0008]所述可编程逻辑控制器I包含有第一信号处理单元9，其为流量调节器，还包含有第二信号处理单元10，其为压力调节器，均为编程软件内部自带的PID控制功能块。
[0009]所述可编程逻辑控制器I包含有模拟量输入通道的第一模数转换器15、第二模数转换器16，还包含有模拟量输出通道的第三模数转换器17、第四模数转换器18。
[0010]所述可编程逻辑控制器I通过工业以太网与人机界面模块11实现通讯互交。
[0011]所述空压机电机组3包括第一空压机电机19和第二空压机电机20。
[0012]所述报警装置12为声光报警器。
[0013]本实用新型的有益效果:
[0014]利用压力变送器、流量变送器、空压机电机组、变频器与电动调节阀，实现对膨化加热仓内压力的自动控制。在一定压力偏差阈值范围以外时，空压机电机组米用第一空压机电机工频运行，以提高系统动态性能，快速升压；当达到偏差阈值范围时，空压机电机组切换为第二空压机电机变频运行，第二空压机电机转速的高低由压力变送器检测到的加热仓内压力信号经PLC内部PID处理后的输出结果控制变频器的相应输出频率值大小决定。通过此控制策略既能使仓内压力快速达到设定压力值又能实现全自动闭环控制提高控制精度，明显缩短达到所需压力的时间，提高生产效率，又能实时监测，反馈灵敏，控制起来快而准。
[0015]控制系统中包含有报警装置及集手动和自动控制模式于一体，自动与手动运行状态可进行无扰切换。正常生产情况下系统处于在自动操作方式，系统的所有动作均在PLC内自动程序控制下运行；而手动操作方式则用于系统调试阶段、系统紧急状态时下使用，在此模式下系统的所有动作均可由按钮操作配合相应手动程序实现。
[0016]摒弃传统间隔式膨化过程中的人工操作，实现对膨化加热仓内压力的全自动闭环控制，减少因人为操作失误对膨化压力的影响并减轻人员负担，通过变频和变阀的联合调节，可以提高膨化加热仓内压力控制精度。
[0017]通过人机界面能向可编程逻辑控制器输送膨化工作压力参数并由组态画面实时显示其状态，从而更好地监控果蔬膨化压力生产过程的远程监控，对压力值进行实时监测，显示压力参数的数据变化趋势(包括参数实时曲线和历史曲线)，并可进行报警和处理，实现果蔬膨化压力的精确闭环控制，提高生产效率及膨化产品质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型结构示意图。
[0019]图2为空压机电机组切换工作流程图。
[0020]图3为果蔬膨化加热仓内压力控制原理图。
[0021]图4为果蔬膨化压力控制系统工作流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0023]参见图1，一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，包括可编程逻辑控制器1，可编程逻辑控制器I模拟量输出端与变频器2及电动调节阀4的输入端电连接，变频器2输出端与空压机电机组3电源输入端电连接，空压机电机组3通过管道5连接至膨化加热仓6，从而空压电机组3产生的压缩空气可通过管道5进入膨化加热仓6中，空压机电机组3包括第一空压机电机19和第二空压机电机20，管道5上安装有电动调节阀4和流量变送器7，膨化加热仓6内部安装有压力变送器8，流量变送器7及压力变送器8的信号输出端与可编程逻辑控制器I的相应模拟量输入端电连接，可编程逻辑控制器I的数字量输出端分别与报警装置12、控制管道进气开关的电磁阀13及排气开关的电磁阀14电连接。报警装置12为声光报警器。
[0024]可编程逻辑控制器I包含有第一信号处理单元9，其为流量调节器，还包含有第二信号处理单元10，其为压力调节器，均为编程软件内部自带的PID控制功能块。可编程逻辑控制器I包含有模拟量输入通道的第一模数转换器15、第二模数转换器16，还包含有模拟量输出通道的第三模数转换器17、第四模数转换器18。可编程逻辑控制器I通过工业以太网与人机界面模块11实现通讯互交，可对压力值进行实时监测并实现对生产过程的远程监控。
[0025]图1中虚线与实现为空压机电机组分别切换为第一空压机电机19工频和第二空压机电机20变频时的连接图。
[0026]参见图2，为使膨化加热仓6内压力快速升至设定压力，可先设置一个压力偏差阈值B，当压力反馈值PV与压力设定值SP偏差较大时，S卩ISP-PVl > B，系统工作时仅空压机电机组第一空压机电机19处于工频运行状态，相对于仅采用一台空压机依据仓内压力大小控制变频器2输出频率来调节其转速而言，此方法可以明显减少达到设定压力值的时间；而当压力反馈值达到设定值较接近时，即ISP-PVl SB，空压机电机组的第一空压机电机19停止运行并启动第二空压机电机20变频运行。在此变频运行状态下，压力变送器8检测到的反馈值与压力设定值比较的偏差经PID处理后结果送至变频器2输入端，调节其输出频率控制第二空压机电机20以相应转速运行；当压力达标后第二空压机电机20停止，否则变频启动运行。
[0027]参见图3，果蔬膨化压力具体控制原理为:流量变送器7和压力变送器8分别用于将检测到的流量和压力模拟量转换成标准量程的直流电流信号或直流电压信号并送至可编程逻辑控制器I的模拟量输入端，然后分别由第三模数转换器17和第一模数转换器15将该标准电信号转换成PLC的CPU能处理的数字量后，与预先已读入可编程逻辑控制器I的压力设定值进行比较，所得偏差经第二信号处理单元10(压力PID调节器)处理后得到输出信号分两路输出，一路经第二模数转换器16进行D/A转换后，送至变频器2作为其输入信号，变频器2采用MM440，控制变频器2的输出频率，实现对空压机电机组3的第二空压机电机20转速的控制；另一路则作为第一信号处理单元9 (流量PID调节器)的输入设定值，与流量变送器7检测的管道5内流量信号经第三模数转换器17进行A/D转换后得到的数值量比较，所得偏差经第一信号处理单元9算法处理后得到的输出信号经第四模数转换器18进行D/A转换后，送至电动调节阀4，调节进气管道5开度大小，以实现对压缩空气流量的控制。
[0028]参见图4，果蔬膨化压力控制系统工作过程为:启动装有组态软件WinCC的上位机，在组态的果蔬膨化压力控制系统画面中，输入压力设定值及压力偏差阈值并将它们送入可编程逻辑控制器I中，对膨化加热仓6内压力值进行实时监控，当压力变送器8检测到仓内的压力与设定压力间的差值未达到压力偏差阈值范围时，此时膨化加热仓6内压力距离设定压力相差还较大，第一空压机电机19电机一直处于工频运行状态，提高系统动态性能，快速升压；而当仓内压力与设定压力偏差较小时(即达到压力偏差阈值)，关闭第一空压机电机19并启动第二空压机电机20变频运行，此时变频和变阀处于联合调节状态，可编程逻辑控制器I根据检测到的压力信号发出相应的控制信号，开启变频调节和阀门开度调节程序，通过改变变频器2输出频率增加空压机电机组3转速，同时通过电动调节阀4使阀门开度变大，从而使膨化加热仓6内压力迅速升至设定值并保持恒定；当压力变送器8检测到仓内压力等于设定值时，第二空压机电机20停机、进气电磁阀失电停止进气；当加热仓内压力高于设定压力5秒后，报警装置12和电磁阀动作，发出报警信号，提醒人员注意，此时管道进气电磁阀13失电且自动排气电磁阀14得电，停止进气并开始卸压排气，当仓内压力降低至设定值时关闭所有阀门和报警装置12。控制系统中包含有报警装置12及集手动和自动控制模式于一体，正常生产情况下系统处于在自动操作方式，系统的所有动作均在PLC内自动程序控制下运行；此外，系统还设置有手动操作模式，当系统处于调试阶段或出现紧急状态时，可由控制面板上的按键结合相应手动程序实现手动控制。
[0029]空压机电机组通过加热仓6内压力是否达到设置的压力偏差B选择执行第一空压机电机19工频或第二空压机电机20变频运行，并通过变频和变阀的联合调节，既可缩短达到所需压力的时间，又能实时监测，控制起来快而准，可以使膨化加热仓内压力迅速升高至设定值并维持恒定。
【权利要求】
1.一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，包括可编程逻辑控制器(I)，其特征在于，可编程逻辑控制器(I)模拟量输出端与变频器(2)及电动调节阀(4)的输入端电连接，变频器(2)输出端与空压机电机组(3)电源输入端电连接，空压机电机组(3)通过管道(5)连接至膨化加热仓￠)，管道(5)上安装有电动调节阀(4)和流量变送器(7)，膨化加热仓(6)内部安装有压力变送器(8)，流量变送器(7)及压力变送器(8)的信号输出端与可编程逻辑控制器(I)的相应模拟量输入端电连接，可编程逻辑控制器(I)的数字量输出端分别与报警装置(12)、控制管道进气开关的电磁阀(13)及排气开关的电磁阀(14)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(I)包含有第一信号处理单元(9)，其为流量调节器。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(I)包含有第一信号处理单元(9)，其为流量调节器，还包含有第二信号处理单元(10)，其为压力调节器，均为编程软件内部自带的PID控制功能块。
4.根据权利要求1所述的一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(I)包含有模拟量输入通道的第一模数转换器(15)、第二模数转换器(16)，还包含有模拟量输出通道的第三模数转换器(17)、第四模数转换器(18)。
5.根据权利要求1所述的一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(I)通过工业以太网与人机界面模块(11)实现通讯互交。
6.根据权利要求1所述的一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，其特征在于，所述空压机电机组(3)包括第一空压机电机(19)和第二空压机电机(20)。
7.根据权利要求1所述的一种基于PLC的果蔬膨化压力控制系统，其特征在于，所述报警装置(12)为声光报警器。
【文档编号】G05B19/05GK203950167SQ201420361622
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】陈婵娟, 黄祥, 郝敏 申请人:陕西科技大学