基于PLC的热风干燥机的设计

南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 乔峰 学 号： 1204354117系 部： 能源与电气工程学院 专 业： 自动化 题 目：基于多路 PID 的双热源式热风干燥机的设计 指导者： 刘利 讲师 (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2016 年 5 月 南 京热 风 干 燥 系 统 是 一 种 提 供 温 度 恒 定 ， 风 量 恒 定 的 工 业 热 风 的 系 统 ， 在 印 刷行 业 和 造 纸 等 行 业 有 着 广 泛 的 应 用 。 传 统 的 热 风 干 燥 系 统 只 使 用 电 加 热 作 为热 源 ， 同 时 用 作 除 湿 装 置 ， 能 耗 较 高 ； 而 新 型 的 双 热 源 式 热 风 干 燥 机 ， 增 加了 热 泵 装 置 ， 热 泵 可 通 过 冷 凝 过 程 进 行 除 湿 ， 并 且 此 过 程 吸 收 的 热 量 又 可 以用 来 加 热 ， 大 大 降 低 了 能 耗 。本 文 主 要 介 绍 了 一 种 以 PLC为 控 制 中 枢 的 双 热 源 式 热 风 干 燥 机 ， 详 细 介绍 了 其 硬 件 构 成 ， 控 制 要 求 以 及 控 制 算 法 的 基 本 实 现 方 法 。 在 温 度 和 风 量 的控 制 中 ， 引 入 了 PID算 法 ， 并 结 合 PID功 能 ， 达 到 这 两 个 参 数 的 精 确 控 制 。并 且 由 于 PID的 引 入 ， 使 系 统 具 有 了 很 强 的 抗 干 扰 能 力 。 本 文 还 涉 及 了 组 态 技术 ， 通 过 撰 写 组 态 界 面 使 系 统 易 于 使 用 。 此 外 ， 对 系 统 的 能 耗 进 行 了 分 析 ，提 出 了 几 种 降 低 能 耗 提 高 效 率 的 方 法 。经 过 调 试 和 检 验 ， 本 系 统 温 度 和 风 量 的 控 制 均 稳 定 且 快 速 ， 达 到 了 预 期 的控 制 要 求 。关键词 热 风 干 燥 系 统 热 泵 除 湿 PID 算 法 组 态 PLC毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 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南京工程学院毕业设计说明书（论文）目录1 绪论 .11.1 概述 .11.2 热风干燥机的分类 .11.2.1 单热源与双热源式干燥机 .11.2.2 双热源式相较于单热源式的优点 .11.3 本课题研究的主要内容 .22 双热源式热风干燥机的总体设计 .32.1 热风干燥机综述 .32.2 热风干燥系统的功能设计 .42.3 热风干燥系统实现方法概述 .53 热风干燥系统硬件设计 .73.1 热风干燥控制系统的总体构成 .73.1.1 干燥机腔体 .73.1.2 主控器 DCCE MAC1120 PLC 简介 .93.2 热风干燥系统的电气设备选型 .103.2.1 检测与执行装置 .103.2.2 输入输出模块的选择 .143.2.3 电源模块的选择 .163.2.4 变频器的选择 .163.2.5 可控硅功率调节器的选择 .173.2.6 触摸屏的选择 .173.3 设备间的通讯以及接线 .183.3.1 输入输出的接线 .183.3.2 变频器的接线及其控制方式 .193.3.3 触摸屏与 PLC 的通讯连接 .214 热风干燥系统软件设计 .224.1 控制系统的流程图 .224.2 系统软件实现 .234.2.1 数据的转换 .234.2.2 风机启动与延时停止的实现 .244.2.3 补压与泄压的实现 .244.2.4 PID 控制的实现 .254.2.5 PLC 与变频器通讯的编程实现 .344.2.6 触摸屏画面的编纂 .354.2.7 报警功能的实现 .385 降低系统能耗的方法 .40南京工程学院毕业设计说明书（论文）5.1 系统能耗分布概述 .405.2 降低能耗与提高效率的方法 .405.2.1 硬件上的改进 .405.2.2 软件上的改进 .416 总结 .42致 谢 .43参考文献: .44南京工程学院毕业设计说明书（论文） 11 绪论1.1 概述热 风 干 燥 机 是 利 用 加 热 技 术 和 热 交 换 技 术 来 产 生 热 风 的 设 备 ， 在 印 刷 业 应用 很 多 。 在 传 统 的 干 燥 设 备 中 ， 电 加 热 干 燥 设 备 占 据 了 很 大 一 部 分 ， 但 这 部 分设 备 存 在 普 遍 的 问 题 ， 就 是 能 耗 特 别 大 ， 热 风 干 燥 机 和 普 通 的 电 加 热 设 备 相 比 ，节 能 比 例 达 到 了 80%左 右传 统 意 义 上 热 风 干 燥 机 是 由 鼓 风 机 、 加 热 器 、 控 制 电 路 三 大 部 分 组 成 。 热 风干 燥 机 在 电 子 、 食 品 、 制 药 、 包 装 等 各 行 业 应 用 前 景 十 分 广 泛 。1.2 热风干燥机的分类1.2.1 单热源与双热源式干燥机单 热 源 式 干 燥 机 ， 是 指 这 种 干 燥 机 只 有 一 个 热 源 ， 普 遍 是 电 加 热 ， 电 加 热模 块 既 用 来 加 热 ， 也 用 来 除 湿 干 燥 。 从 进 风 腔 传 入 的 空 气 经 过 电 加 热 除 湿 和 加热 之 后 又 被 送 进 进 风 腔 。双 热 源 式 热 风 干 燥 机 ， 是 指 拥 有 电 加 热 和 热 泵 除 湿 两 种 热 源 的 干 燥 机 。 它有 两 个 蒸 发 器 ， 利 用 除 湿 蒸 发 量 ， 吸 收 水 蒸 汽 的 汽 化 潜 热 ， 脱 去 水 分 ； 利 用 热泵 蒸 发 器 向 环 境 空 气 采 热 ， 使 制 冷 工 质 在 蒸 发 器 内 由 液 体 变 为 气 体 ， 经 压 缩 机 ，压 至 冷 凝 器 。 冷 凝 器 也 称 为 热 交 换 器 ， 脱 湿 后 的 空 气 ， 在 此 处 被 高 温 制 冷 工 质加 热 ， 而 制 冷 工 质 在 此 放 出 汽 化 潜 热 而 被 冷 却 为 同 压 下 的 液 体 ， 经 膨 胀 阀 ， 回到 蒸 发 器 继 续 循 环 。1.2.2 双热源式相较于单热源式的优点双 热 源 式 热 风 干 燥 机 要 比 单 热 源 式 干 燥 机 更 加 节 能 。 如 果 要 求 仅 仅 需 要 供给 热 风 而 对 湿 度 没 有 要 求 的 话 ， 那 么 普 遍 使 用 电 加 热 就 可 以 达 到 要 求 。 而 热 泵可 以 通 过 吸 收 大 气 的 热 量 来 用 于 加 热 ， 它 的 能 耗 仅 仅 为 电 加 热 的 约 1/3， 并 且如 果 两 种 热 源 配 合 使 用 的 话 ， 可 以 达 到 既 快 速 又 节 能 的 控 制 要 求 。 双 热 源 热 风干 燥 机 是 现 在 的 主 流 ， 单 热 源 式 的 干 燥 机 正 在 慢 慢 被 淘 汰 。南京工程学院毕业设计说明书（论文） 21.3 本课题研究的主要内容双 热 源 式 热 风 干 燥 机 的 应 用 已 经 成 为 一 种 趋 势 ， 面 对 用 户 日 益 严 格 的 控 温 精确 度 和 节 能 的 要 求 ， 如 何 让 热 风 干 燥 机 温 度 控 制 更 加 精 确 ， 在 不 影 响 效 率 的 情况 下 更 加 节 能 成 了 设 备 设 计 者 要 解 决 的 一 大 难 题 。 在 干 燥 机 系 统 中 ， 影 响 被 控对 象 （ 温 度 ， 风 量 ） 的 扰 动 有 非 常 多 。 如 ： 进 风 温 度 ， 环 境 温 度 等 ， 如 何 克 服这 些 扰 动 ， 实 现 系 统 对 扰 动 的 实 时 响 应 ， 以 提 高 控 制 精 度 ， 也 是 影 响 产 品 性 能的 一 大 因 素 。本 次 设 计 主 要 内 容 如 下 ：(1)对 热 风 干 燥 系 统 进 行 概 述 。(2)为 解 决 单 热 源 干 燥 机 的 能 耗 问 题 ， 设 计 一 款 双 热 源 干 燥 机 ， 包 括 机 械 部分 电 气 部 分 以 及 控 制 算 法 。 并 结 合 自 动 控 制 原 理 对 控 制 算 法 进 行 调 试 和优 化 ， 力 求 系 统 快 速 性 好 ， 准 确 性 高 ， 稳 定 性 好 。(3)探 究 更 多 节 能 的 方 法 ， 降 低 系 统 能 耗 。(4)设 计 人 机 界 面 ， 使 系 统 简 单 易 用 。南京工程学院毕业设计说明书（论文） 32 双热源式热风干燥机的总体设计2.1 热风干燥机综述现 需 要 向 印 刷 行 业 提 供 稳 定 可 靠 的 热 风 风 源 设 备 ， 本 设 备 主 要 由 ： 电 加 热设 备 ， 压 缩 机 ， 入 风 电 机 ， 和 各 种 风 量 和 温 度 传 感 器 组 成 ， 其 工 艺 流 程 图 如 图2-1所 示 。 其 中 箭 头 空 气 流 动 方 向 。图2-1 干燥机原理图如 图 所 示 ， 在 腔 体 底 层 的 风 机 先 吸 入 大 量 的 空 气 作 为 加 热 的 原 材 料 ， 此 风 机也 是 腔 体 内 气 体 流 动 的 动 力 源 ， 吸 入 的 空 气 通 过 压 缩 机 和 电 加 热 （ PWM可 控 硅调 功 加 热 ） ， 使 空 气 的 温 度 到 达 设 定 值 ， 此 时 被 加 热 的 空 气 （ 热 风 ） 被 送 入 另一 个 腔 体 中 ， 对 加 工 的 产 品 进 行 加 热 烘 干 ， 当 压 缩 机 不 能 够 满 足 加 热 的 需 求 时 ，便 会 启 动 压 缩 机 加 热 ， 两 个 加 热 方 式 协 同 作 用 ， 达 到 高 效 节 能 的 目 的 。 使 用 过后 的 废 弃 ， 会 通 过 两 次 排 气 ， 最 终 被 排 出 。 从 产 品 加 工 的 腔 体 被 排 出 ， 此 时 是第 一 次 排 气 ， 在 此 过 程 中 ， 使 用 热 交 换 装 置 对 废 气 中 剩 余 的 能 量 进 行 回 收 ，回 收 的 能 量 通 过 大 规 模 并 且 复 杂 的 铜 管 传 入 加 热 装 置 ， 在 此 用 于 加 热 环 节 ，废 弃 经 过 能 量 回 收 之 后 ， 最 终 被 排 出 腔 体 外 ， 在 第 二 次 排 气 的 排 气 口 ， 亦 可 设有 风 机 来 抽 风 ， 保 证 废 弃 正 常 排 出 。其 中 风 量 由 风 门 的 开 度 进 行 控 制 ， 在 排 风 口 和 回 风 口 分 别 设 有 风 门 执 行 器 ，通 过 两 个 风 门 执 行 器 在 开 度 上 的 配 合 可 以 控 制 风 量 保 持 稳 定 。本 系 统 通 过 电 加 热 与 压 缩 机 协 同 控 温 ， 使 用 废 弃 能 量 回 收 装 置 来 使 能 源 利 用最 大 化 ， 并 且 使 用 PID技 术 ， 对 温 度 ， 风 量 进 行 精 确 控 制 。 达 到 了 高 效 ， 并 且 节能 的 效 果 。南京工程学院毕业设计说明书（论文） 42.2 热风干燥系统的功能设计1、 设 好 风 机 风 量 ， 启 动 风 机 ， 风 量 控 控 制 置 自 动 。2、 回 风 风 量 控 制 阀 置 手 动 ， 并 给 一 个 初 始 值 （ 此 值 由 触 摸 屏 输 入 ） ， 排风 风 压 控 制 阀 置 手 动 ， 并 给 一 个 初 始 值 （ 此 值 由 触 摸 屏 输 入 ） 。3、 选 择 是 否 只 用 电 加 热 ， 如 只 用 电 加 热 则 ， 电 加 热 控 制 回 路 置 自 动 ， 设 定值 由 触 摸 屏 给 出 。如 不 选 择 只 用 电 加 热 ， 则 根 据 温 度 设 定 值 与 实 际 值 的 差 ， 当 差 大 于 5度 时 ，压 缩 机 和 电 加 热 输 出 置 100%， 当 差 小 于 5度 时 ， 先 使 用 压 缩 机 来 控 制 温 度 ， 压缩 机 温 度 控 制 回 路 置 自 动 、 电 加 热 输 出 置 0。当 压 缩 机 输 出 100%并 维 持 一 定 时 间 （ 此 时 间 由 触 摸 屏 输 入 ） 后 ， 压 缩 机 输出 保 持 在 100%然 后 电 加 热 回 路 置 自 动 。 同 时 ， 当 压 缩 机 高 压 压 力 高 于 高 压 1保护 压 力 时 ， 压 缩 机 改 为 由 高 压 压 力 控 制 ， 并 自 动 保 持 在 一 个 值 （ 此 值 即 压 缩 机压 力 控 制 的 设 定 值 ） ， 此 时 电 加