【基于PLC的热风干燥蔬菜脱水技术的控制系统设计11000字】

III摘要IV基于PLC的热风干燥蔬菜脱水技术的控制系统设计摘要根据2021年的统计结果，国内蔬菜总值高达10多亿吨，但由于蔬菜的高含水率以及储存不当等其他多方面原因，新鲜的蔬菜变得更容易腐败溃烂，蔬菜营养大部分流失。而当我们将蔬菜脱水后，蔬菜的储存时间就会加长能够便于我们运输，可以大幅度减少多种营养成分流失。蔬菜脱水在市场上占有举足轻重的地位。就目前而言，热风干燥是在蔬菜脱水生产中，产量最大，经济成本较低，具有最高生产效率的蔬菜加工方法。不同类型的蔬菜，其内部含水量也存在非常大的差异。为了解决脱水蔬菜的设备处理的对象单一等一系列较常规的问题，本设计提出了一种基于PLC的热风干燥脱水技术的控制系统。使设备能够自行调整参数，满足各种类型的蔬菜，使蔬菜达到高质量脱水的效果。该课题设计主要是完成基于PLC的热风干燥脱水蔬菜控制系统的工艺流程，热风干燥脱水蔬菜控制系统的硬件设计：PLC的选型，传感器的选型。执行机构型号的确定等，完成脱水蔬菜控制系统电气控制原理图的设计，包括对经典PID控制器进行设计，仿真用到的是MATLAB软件。软件部分的设计采用西门子编程软件，从而进行脱水蔬菜控制系统的PLC程序设计以及上位机监控系统设计。关键词：热风干燥；S7-200PLC；PID；VCC目录摘要 V目录 VI第1章绪论 91.2 国内外的发展概况 91.3 本课题应达到的要求 10第2章热风干燥的总体方案设计 112.1 热风干燥脱水控制系统的生产工艺流程设计 112.2 热风干燥脱水控制系统的控制要求 122.2.1控制系统的工作过程 122.2.2控制系统的控制要求 122.3 控制系统的方案设计 132.3.1引风机转速的控制设计 132.3.2烘箱温度的采集设计 132.3.3湿度的采集设计 132.3.4温度的控制设计 132.3.5监控系统的设计 15第3章热风干燥脱水控制系统的硬件设计 163.1 PLC的选型 163.2 硬件的选型 173.2.1温度传感器的选型 173.2.2湿度传感器的选型 183.2.3变频器的选型 183.2.4电动调节阀的选型 193.3 控制系统的电气原理图设计 20第4章控制系统的软件设计 214.1 I/O的地址分配表 214.2 控制系统的开发环境介绍 224.3 程序结构 234.4 PLC的控制程序设计 234.5 热风干燥控制系统软件设计 254.6 温度转换和显示程序设计 254.7 引风机转速控制程序设计 25第5章上位机监控界面设计 265.1 TIA博途WinCC软件介绍 265.2 上位机监控界面开发设计 26第6章总结与展望 286.1 总结 286.2 展望 28参考文献 30绪论本课题的研究内容和意义随着经济的快速发展，蔬菜的生产规模不断扩大，国民对脱水蔬菜的需求越来越大。蔬菜加工产业在我国的农业市场中占有非常大的比重，但蔬菜本身具有非常大的局限性。新鲜的蔬菜含水较高，体积大，容易断裂磨损等，而且蔬菜在被储存运输的过程中会十分繁琐难以保证蔬菜的完整度，这样导致的结果就是蔬菜将会被严重浪费。所以这一系列问题，成为了我们国家蔬菜产业持续发展的重要难题。由于蔬菜生产的各方面的局限性，比如地域,季节等问题，而且为了解决这种难题，许多厂家推出了各种各样的措施，如今在市面上普及的就是将新鲜蔬菜脱水，以此来达到贮存的目的。本课题所研究的脱水蔬菜，正是为了解决这一系列的复杂问题运营而生。脱水蔬菜，通过人工处理，当大部分的水分于新鲜的蔬菜短时间内大量流去，仍然可以保持它的色泽，维生素，味道等基本保持不变。在当今的社会，快潮流席卷而来。脱水蔬菜所带来的便捷性，让人们能够在更加便捷的拥有绿色生活的同时，尤其在方便面，自热火锅等便捷食品上的使用，保证身体绿色能量的摄入。当前脱水蔬菜加工业所面临的，不单单是对如何提高产量这个问题，更为明确的是，我们需要提高蔬菜的品质以此来适应广大群众的需求。因此，研发一种低耗能，干净并且环保，自动化程度高的设备，对于缩减脱水蔬菜的成本，提高品质，现实意义非常重大国内外的发展概况在20世纪的时候，美国就开始将真空冷冻干燥技术运用在蔬菜领域。当前，就我们国家而言，可以将蔬菜脱水的设备种类非常多，并且这种设备的机械设施质量也参差不齐。根据脱水的原理可以划分为真空干燥，热风干燥和远红外干燥等单一的脱水手段。而且市面上也存在着多种组合手段的脱水方法，比如热风真空等组合干燥手段，这些干燥工艺手段都各有优缺点。目前的干燥控制系统的研究基本实现了自动化控制，对参数方面的设置是否准确问题也做出了很大方面的进步，例如温度，湿度，风速等方面的参数控制。真空冷冻干燥技术，又称升华干燥。其原理是将物料冷冻，使其所含的水分变成冰，然后在真空中升华，达到干燥的目的。供热过程是一个传热进程，同时，排汽过程是一个传质的过程。综合来看，真空冷冻干燥的过程的实质就是一个同时进行传热传质的过程。微波干燥技术，这种技术就是利用物料内部的水分，利用其对微波的吸收特性，让水分子震荡并产生热量，达到将蔬菜内部的水分转为水蒸气，从而达到脱水的目的，经证实微波干燥其耗能相对较低，一般用于含水量较少的情况，适用于小规模的生产。热风干燥则是一种传统的干燥手段，又称为即时干燥。热风干燥因其处理量大、设备价格低而成为蔬菜脱水最适宜的工艺之一。该技术以热风为干燥介质，通过自然或强制对流循环与蔬菜进行湿热交换。本课题应达到的要求在控制领域中，对于脱水蔬菜品质的提高越来越重要。本设计基于PLC的热风干燥脱水蔬菜控制系统，需完成的设计内容如下：完成热风干燥脱水蔬菜控制系统的工业流程：主要是对工艺的阐述。完成热风干燥脱水蔬菜控制系统的硬件设计：PLC的选型，传感器的选型，执行机构型号的确定等，以及完成脱水蔬菜控制系统电气控制原理图。利用MATLAB软件设计经典PID控制器来进行仿真软件部分的设计采用西门子编程软件，进行脱水蔬菜控制系统的PLC程序设计以及上位机监控系统的设计。热风干燥的总体方案设计热风干燥脱水控制系统的生产工艺流程设计脱水控制系统主要包含热风干燥设备，包括由变频器控制的引风机，排湿风机，排风控制阀,干燥箱以及系统控制核心PLC，我们可以根据传感器所发出的信息来控制设备以此完成脱水蔬菜干燥的过程，或者也可以通过上位机所发出的指令来调整脱水蔬菜干燥的过程,上位机，温度传感器，湿度传感器等。引风机通过变频器控制，在脱水初期，由于蔬菜的含水量富裕，所以初期为了能使蔬菜被充分加热，故需将引风机的速度给予最大值，但在脱水后期，我们需要对引风机的速度进行降低，因为此时的蔬菜已经不需要过大的速度脱水，我们需要保证脱水蔬菜质量的同时，也应该节约能源，引风机的蒸汽阀门时由电动调节阀控制，引风机的风速和蒸汽的多少决定了热风出口处的温度。如图2-1温度温度传感器湿度传感器湿度传感器（监测含水量）电加热器（加热空气电加热器（加热空气）引风机（将空气吸入干燥箱）变频器干燥箱变频器干燥箱热风干燥设备热风干燥设备排湿风机电动调节阀电动调节阀PLC排PLC排风控制阀上位机上位机图2-1热风干燥脱水机的结构图图2-2热风干燥脱水机热风干燥脱水控制系统的控制要求控制系统的工作过程脱水设备在进行工作时，我们先把处理过的新鲜蔬菜放到干燥箱的隔板上，然后我们发动引风机设备，将周围的空气吸入干燥箱，使用电加热器加热空气，将加热的空气引入干燥箱，对干燥箱内的蔬菜进行干燥，湿度传感器对干燥箱内蔬菜的水分进行监测，排湿风机也开始进行工作运行，将湿气排到设备外部。引风机由变频器控制转速，当水分达到我们所设定的数值，PLC则会发出控制命令，此时热风干燥停止运行。PLC是通过烘箱底部的温度传感器所带来的信息来控制热风的温度，使其温度保持在我们所需的状态，而且随着蔬菜含水量逐渐减少，我们则需控制引风机的风速，当引风机的风速发生变化，我们就需要调整电动调节阀的阀门开度，使进入干燥箱的热风的温度恒定。控制系统的控制要求当热风干燥系统开始工作时，引入的空气加热后的温度需通过温度传感器进行实时监测，烘箱内的湿度也需要通过湿度传感器进行实时监测。该控制系统主要控制的参数有引风机的速度,电动调节阀门的开度，热风的温度等值。热风的温度由电加热器和引风机共同进行控制。引风机的风速由变频器控制，脱水蔬菜温度的设定值需在上位机上进行设置，然后传到PLC,以供此设备的运行。具体的控制要求为：（1）当脱水设备运行时，当设备启动，我们自己可以用手动方式自动切换设备工作的方式。当干燥设备完成工作任务，热风干燥设备则会自行停止工作。（2）温度控制：根据热风干燥设备的要求，温度传感器可以采用AD590,它的输出电流与绝对温度呈现出一定的比例，经过A/D转换为数字量,再经过PLC进行处理。通过脱水蔬菜热风干燥设备的需求，引风机出口上的温度，就需要我们将其控制在热风干燥设备所需要的温度值。（3）引风机风速控制：引风机的转速是由变频器控制，在脱水蔬菜的初期，我们需要将引风机的风速调到最大，当数值达到我们设定脱水数值的时候，那么，引风机的转速也需要成比例降低。（4）报警模块：热风干燥设备在运行过程中，当烘箱内温度超过90°时，系统就会进行报警。（5）监控软件模块：当热风干燥设备处在运行的过程中时，我们需要实时监测脱水设备的温度和湿度。控制系统的方案设计引风机转速的控制设计通过引风机来控制转速，就是为了控制热风进入烘箱时的速度。从一方面来看，风速除了会影响温度，而在另一方面，在蔬菜脱水后期不需要如此大的风速，所以我们把风速降低。而且控制风速可以最大限度的做到节约能源。烘箱温度的采集设计温度是影响整个热风干燥脱水设备最重要的因素，它是决定着当蔬菜脱水完毕之后，蔬菜能否继续保持本有的品质优劣等一系列根本的问题。温度被安装在烘箱底部的温度传感器所监控，以此达到实时监控的目的，达到期望的脱水效果。湿度的采集设计湿度由湿度传感器监测，采集蔬菜脱水后的温度，以此达到设定值温度的控制设计温度的控制策略脱水蔬菜脱水的快慢取决于热风的温度，如果温度过低则会导致蔬菜脱水的速度太慢而会是脱水的时间变长，而如果温度过高超过限度，则会导致蔬菜严重失水蒸熟变得干瘪，综上，温度过高过低都无法满足脱水蔬菜的品质需求，所以能否控制好热风的温度对蔬菜的品质起着决定性的作用。经查询资料，进入烘箱的热风的温度，它在刚开始脱水的时候，它的温度一般控制在大约在84°C，并且温差±4°C的情况下，超调量的实现我们需要调的尽可能的小，并且所需调节的时间达到尽可能的短。该设计系统的热源，是通过电加热器来把周围的空气加热，用所加热的空气来提供我们所需的热风，接着就通过引风机将我们加热的空气导入烘箱。在蔬菜烘干的过程中，我们需要记录好时间段对蔬菜进行翻动，风速变化等，会对烘箱内的温度造成非常大的影响。综合可知，温度变化会具有一定的滞后性,非线性等特点。经典的PID控制可以实现良好性能的基础就是可以精确的确定所被控制对象的数学模型，我们通常应用在单输入输出线性控制系统。根据工艺要求，脱水初期要求温度控制在85°C，当湿度达到70%RH，温度就被控制在75°C，当湿度达到30%RH时，温度则控制在65°C。脱水设备以该数值一直维持到脱水设备完成工作。当引风机转速发生变化，此时通过控制电动调节阀的阀门开度来调节，通过这种操作，脱水流程就可以通过控制引风机的转速来实现温度的调整，也可以节约电能，最大程度的保证了脱水蔬菜的品质。经典PID的设计和仿真该方法最早运用于工业控制的领域当中，具有控制性能较好，算法简单等优良的特点经典PID控制的概述经典PID控制的时域表达式，见公式2-1所示：ut=在该式子中，KP属于比例系数，T1属于积分常数，TD属于微分常数，输入e(t)即为偏差信号，如图2-3式图2-3经典PID原理图经典的PID控制的仿真在整个脱水过程中，烘箱的温度控制是整个系统的重点。引风机将空气引入，由电热器对所引入的空气进行加热。其模型难于用精确的模型来描述，可以用一个一阶惯性环节和一个滞后环节来进行描述。Gs=ke在公式中：K是放大系数，T是我们控制对象的时间常数，而τ是所控对象的滞后时间。在整个系统的设备中，我们是可以通过测试温度曲线，以此来得到这些系数值的：当控制系统处于手动的控制状态时，且烘箱内的温度在某一个稳定的数值状态下，就会发出一个阶跃信号。监控系统的设计监控方面的设计我们选用的是TIA博途WinCC,开发脱水蔬菜的监控界面，对设备进行实时监控。在这个过程中，我们需要修改温湿度设定的参数，从而对不同蔬菜的脱水需求进行满足。此外，还需要用到组态王软件系统设计报警界面，通过设定温度的数值，而发出报警信号。热风干燥脱水控制系统的硬件设计PLC的选型有许多类型的PLC、功能和指挥系统各有不同,但其内部结构和工作原理都是非常相似的,在当今社会要求制造业对市场需求,能够做出快速响应且能够小批量生产的需要,许多规范,更多的多样性,高质量和低成本的产品。为了满足这个大需求，自动化生产线的控制系统和生产设备必须做出非常高的反应，即具有高度的灵活性，可编程控制器就是这样正是顺应这一需求应运而生。通常是由主机，I/O端口，电源，编程器扩展器接口和外部设备等几个主要部分组成。主控制部分必须具有较强的抗干扰性能，以尽量保证设备整体系统平衡的稳定性。设备的核心控制单元是PLC。为了能够让PLC的操作更方便,连接上电脑PLC,并显示历史数据和数据处理由PLC电脑上,以建立良好的人机交互模式,这是更方便的信息分析和现场处理。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程软件组成。此外，还利用PLC专用模块来完成一些特殊的任务。PLC的功能非常齐全，易于使用而且功能非常强大。到目前为止，已经非常广泛的用在各种机械设备和生产过程中的自动控制系统，并且随着社会的快速发展，PLC在其他领域也得到了快速的更新迭代。例如，在民用和家庭自动化应用中。PLC仍然时刻在演变。它不仅仅是在单片机中应用最广泛的控制设备，并且，它在大型工业网络控制系统中发挥着巨大的作用。应用范围广，普及性高。完全是其他计算机无法比拟的存在。这种如此迅速的更新迭代，PLC普及型将会更令人惊讶。热空气干燥和脱水控制系统，我选择的是S7-200系列的PLC。由于其极高的可靠性、丰富的指令和极高的内置功能、强大的内置模块以及丰富多彩的各类扩展模块，我们可以单击它运行，用于更换继电器控制系统。它还可用于更复杂的自动控制系统。此外，由于其极高的可靠性和强大的通信功能，在通用网络的控制系统中也绽放着自己独特的光芒。硬件设计方面，主要包括有以下几点：根据脱水工艺，确定整个系统的控制方案；确定脱水系统的I/O点数和系统网络结构；PLC的选型，如CPU的选型；设计电气原理图等。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥着它强大的功用。具有惊人的能力，其卓越的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域非常广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制相关的工业领域以及民用领域，包括各种机械，电力设施，民用设施，环境保护等一些设备等。比如：中央空调，运动系统等。并且，S7-200系列PLC可提供四个不同的基本型号的8种CPU。图3-1S7-200硬件组成图3-2S7-200结构图硬件的选型温度传感器的选型根据热风干燥脱水蔬菜控制系统的要求，所以，我们需要实时监测烘箱内的湿度，并且根据所跟进的温度，调节引风机的速度以及调节电动调节阀的开度。由于干燥箱内温度较高，湿度变化范围较为明显，有相对较低的含水量，也有接近饱和的含水量。因此，我们对湿度传感器有比较高的要求，需要他可以在高温环境下更准确的测量温度的功能。而且我们通过考虑到各方面的情况，我们就选择了WZPT-035/PT100探头式温度传感器。这类传感器的温度测量范围为0-200℃，其属于双线制，具有耐腐蚀、耐水、耐油等特点。如图3-3图3-3WZPT-035/PT100探头式湿度传感器的选型据控制系统需求，我们要实时测量烤箱内的湿度，并且我们需要根据实时情况下的湿度，调节引风机的速度，控制电调节阀开口，且烤箱温度范围较大，温度高，湿度含量梯度变化较大，对湿度传感器有较高的要求，对此，我们选择一种耐氯化锂湿度传感器。不过，有了这个传感器，在高温下可以进行更准确的测量。综上所述，我们可以选择建塔仁的温度和湿度发射机。它采用传感器和发射机的单独结构，传感器内置于干燥盒中，发射机放置在烤箱外，湿度会比较小。如图3-4图3-4湿度传感器变频器的选型蔬菜脱水的后续阶段，随着进程，蔬菜的含水量会不断的减少，故对热量并没有太高的要求，而且在后期，由于脱水蔬菜的重量，那么，我们就不需要太大的风速，所以我们需要调节风机的转速。而且，在节能方面，风机的实际功耗与转速的三倍成正比。当风扇转速下降时，风扇功耗就会发生显著降低这种情况。而为了满足生产的实际要求，我们可以选择用到驱动型号SQ580-7D5G矢量驱动。图3-5矢量变频器电动调节阀的选型电动调节阀由电动执行器和调节阀两部分组成。它是用来接收PLC发出的电信号，然后通过旋转电机，驱动阀门干燥，改变阀座截面积的大小，来控制管道中介质的流量工艺参数。我们选用的电动控制阀为ZDLP型单柱塞式不锈钢阀芯。图3-6电动调节阀控制系统的电气原理图设计主回路控制的电路一共包含两个部分：通过变频器来控制引风机。第一部分是通过一个变频器来控制引风机，启动方式为端子启动，用0-10V的电压线或来使变频器调节引风机，以此实现进入烘箱温度控制所需的目的。控制排湿风机则是该主回路控制的电路的第二个部分。图3-7接线图控制系统的软件设计I/O的地址分配表本控制系统采用的是S7-200SMART系列的PLC，它本身自带很多很多的输入输出端口。而且该系列具有非常强大的扩展功能，比如说，如果在实际生产中CPUA所配备的I/O端口出现不够用的情况，CPU仍然可以增加一些可以互相匹配的扩展模块，以此增加PLC的I/O的端口数量。I/O模块即输入输出模块，它们是系统的眼睛，耳朵，手，脚，是对外部进行联系的不可或缺的桥梁。输入模块是用来接收和采集我们所需要的信号的。CPU这一模块的工作电压一般是5V,而PLC其外部的数入或输出电路的电源电压一般较高。在本设计的控制系统中，热风干燥控制系统需要接受1个温度检测信号，1个湿度检测信号。其中温度检测信号需要加入到PLC的模拟量输入端，所以这边需要2个模拟量的输入端口。在输出端方面，控制系统需要控制1个电加热器，1个引风机，1个排湿风机以及1个电动调节阀。而在其中的引风机是通过变频器控制，而控制引风机的变频器是通过MODBUS通信协议在PLC的接口处来控制的，其他均是通过PLC的数字量输出端来口来控制，所以一共需要3个数字量输出端口。但我们需要去考虑为系统留有控制余量，本设计采用的是CPU型号为ST30的S7-200SMART的PLC，这个型号所配备的板载数字I/O点位分别是18点输入和12点输出。控制器是由三个模块组成，分别是CPU1516-3PN/PD和模拟量，数字量输入模块组成，主要是用来控制蔬菜的烘箱和电动调节阀，引风机，排湿风机。用来接收这些设备的信号。主要I/O地址表：数字量输入数字量输出模拟量输入模拟量输出风机运行反馈风机启动进风的温度风机报警反馈物料温度检测进风风量电加热运行反馈加热器启动热风温度电加热功率电加热报警反馈排风风量电动调节阀排风温度控制系统的开发环境介绍该控制系统的控制程序PLC和监控软件的上部计算机均在西门子博图软件上进行。作为一个工程平台，博途软件TIA不需要花费大量时间集成各种软件包，与传统方法相比，成本显著降低。它的设计既高效又简单。它将程序和配置组合在一起，以编辑人机操作系统、SCADA系统等。热空气干燥和脱水蔬菜系统的改造主要采用TAL博图步骤7和博途温CC。博托WinCC是一种配置软件，可用于标准上部计算机人机操作接口的系统设计。博途Step7易于使用，它的接口非常直观，在数据共享方面存在着非常可观的便捷性，这样的话，我们就可以大大提高编程效率和工程质量。S7-200plc用户程序主要有OB块，运行编程功能和带有后台数据DB的FB块，可以实现设计我们所的FC功能的子程序。对于组织块OB,它是用户程序通信以及PLC操作系统的唯一的途径,如果由操作系统调用的函数不能直接调用,它就只能称为通过组织块。组织块的基本功能就是调用用户程序,但不同类型的OB有着不同的系统功能，比如有循环程序处理功能、中断程序、错误处理和系统启动等一系列功能。因此，当我们想要创建一个新的OB块时，我们需要仔细谨慎地选择适当的OB块，而且该数据DB块可以共享。对于FC函数，该函数可以作为子函数来使用，它的子函数模块实现了程序的结构化，增加了整个PLC程序的合理性，方便我们进行修改和调试，也可以作为多个调用的参数函数，赋予不同的参数值，与统一控制功能块FB的控制对象的功能类似，功能块FC的功能大致相同，调用FB时，必须将其这个背景块进行分配。在执行FB块之后，它所存在的背景块根据需要仍然有效，所以我们可以再次利用。DB数据块，这是用于存储程序的变量、程序以及用户的数据。该DB数据块通常用作背景块和全局块。全局块是用于存储程序的，可以根据我们的需要构建多个块，但需要注意的是，在程序中使用全局块之前，需要定义全局块;我们需要把函数块以及背景数据块相互关联，在创建背景数据块的时候，我们必须是已经建立好函数块，且需要进行指定。程序结构本控制系统的软件设计分为三个部分：PLC的软件设计：主要负责接收和处理检测模块发送的数据以及控制执行模块进行相应的工作上位机组态软件WinCC的软件设计：主要包括了与PLC的干燥数据通信功能,人机界面功能和对PLC的控制功能。图像采集设备的软件设计：主要包括了上位机组态软件WinCC的图像功能和上位机对照相机的控制功能整个干燥控制系统分为PLC和下位机模块，其中PLC内包括程序指令和人机界面。程序指令又分为动作指令，数据存储和图像采集指令。而人机界面则包括设备运行界面，参数设定界面，数据曲线界面，图像采集界面。下位机则包括计时模块，热风模块，含水率检测模块以及温度采集模块。其中的热风模块又包括温度PID控制，引风机控制，排湿风机控制。PLC的控制程序设计该控制系统采用的是S7-200系列的PLC作为脱水控制整个系统的下位机，所以选用的是STEP7-Micro/WINSMART作为本系统PLC的编程软件，这个编程软件，它是由德国的西门子公司，专门为S7-200SMART系列的PLC，所开发的高级编程软件.这个软件具有强大的开发功能，内部具有三种编程语言，分别是LAD梯形图,STL语句表，FBD功能块图。方便我们进行各种语言的探讨开发.我们不仅可以编辑工控程序,而且可以对脱水蔬菜的整个进程进行实时监测程序的运行情况的分析探讨,非常便捷。更重要的是,我们可以根据实际生产的需求,在这个编程软件中可以去编辑一下有关相应的控制程序，并且我们可以将编译的程序下载到PLC的CPU中，在生产现场直接运行编辑好的模块。程序流程如下：开始开始设置设置干燥参数初始物料初始物料质量检测打开进出打开进出气阀门设加热管PID温控模块设加热管PID温控模块启动引风机启动引风机热风状态计时N热风状态计时N超出超出湿度的设定值停止停止引风机YY启动排湿风机质量测量模块启动排湿风机质量测量模块含水率计算含水率计算N达到含水率N达到含水率？YY停止加热停止加热热风干燥控制系统软件设计整个系统的主要设计内容是热风干燥脱水设备的整体控制程序。在我们刚开始运行，初始数据需要进行设定。比如需要设定最初始的温度、湿度、风机转速以及电动调节阀开度。我们可以通过人机界面或根据脱水干燥机的起动设备运行，然后启动除湿风机和抽风机对温度和湿度进行实时采样。引风机的转速是由烘箱内的温度变化控制的。当湿度达到一定我们所设定的数值时，我们有必要通过变频器降低引风机转速。温度的转换和程序设计的显示该设计设备整体系统对温度的控制有比较高的要求，所以我们必须对温度进行实时的记录。所以选用了型号为WZPT-035-GK的传感器对温度进行实时监测，该传感器所输出的电流信号为4-20mA，在此之前，首先得进行模数转换。在设备的控制程序中，温度的转换和所显示的子程序都放在FB1内。引风机转速控制程序设计当处于脱水初期，由于此时蔬菜含水量非常大，蔬菜的质量也大。这时，引风机需要一个相对较高的风速，这样热风可以加热更多的蔬菜，使它们脱水。随着蔬菜含水量的减少，蔬菜的重量会逐渐变轻。如果继续引入强风，烤箱里的蔬菜就会被风吹走，这会将蔬菜的外观破坏掉，影响蔬菜的质量。因此，随着蔬菜不断脱水，应及时降低引风机的风速。基于这种情况，在整个脱水过程中，需要降低引风机两次转速。查看数据过后，确认好湿度为70%RH时，引风机转速为0.8的额定转速，湿度为30%RH时，引风机转速为0.5额定转速。当湿度为15%RH的时候，蔬菜的脱水就基本完成。上位机监控界面设计TIA博途WinCC软件介绍烘干设备PC是我们主要进行的人机交互面板和控制设备的主要窗口。本系统所用的设备软件是wincc软件及其wincc的方式。这是一个运行在Windows平台上的scada系统软件，可以对监控系统进行控制以及进行数据采集。wincc的组态方式可以让工程师实现监控，可以让工程师从复杂的编程中解脱出来。该软件是step7PLC编程与wincc直接集中的一个平台，两者紧密相连，因此可以使整个系统大大缩短开发周期，并使用户对系统进行故障排除，诊断能力可以达到一定的水平高度。wincc集成了微软的SQV软件。在组态软件开发过程中，我们创立好的项目在开始同步运行的时候，我们就可以在SQL中存储数据，同时，也可以在其中自存储或者可以对运行时的数据进行读取。最常见的就是对报警信息的归档等。上位机监控界面开发设计上位机的监控界面主要是被操作用户先进行登录界面的手动操作,以及脱水生产整体界面，以及单台蔬菜脱水机界面等界面多方面构成。当开始进入组态软件后，第一，我们要先进入脱水蔬菜生产总括图，那么在这个蔬菜脱水界面，在这个画面上就会呈现出蔬菜脱水设备的图形样板。而且，在这个蔬菜脱水机旁，会附带有实时的湿度和温度的显示。如下图，我们单击脱水机，就可以进入监控界面。图5-2脱水机监控界面

总结与展望总结本课题是基于PLC的热风干燥脱水蔬菜的研究。通过该课题的学习，学会了蔬菜在脱水之前以及脱水之后等一系列的流程。通过脱水蔬菜的脱水进程，控制引风机以及调节阀门，以此达到高效脱水和节约能源的目的，并且设计了监控报警模块，实时监控蔬菜的温湿度。论文的主要内容主要包扩：一是完成热风干燥脱水蔬菜控制系统的工业流程：主要工艺的阐述，PLC系统的网络结构，设计IO分配表，以此进行数据的传送。二是完成热风干燥脱水蔬菜控制系统的硬件设计。在硬件的选型方面，确定了PLC的选型，在PLC的程序控制方面，由于在整个蔬菜脱水的进程中，温度的控制影响着脱水的过程，所有对温度的控制是整个过程的重中之重，我们采用经典PID控制，确定合适的温度参数，对系统进行调参，并且在引风机转速的部分，我们通过调节风速来满足要求，并且又能节约能源，降低成本。传感器的选型，执行机构型号，数字量和模拟量输入模块型号，数字量和模拟量的输出型号等，以及完成脱水蔬菜控制系统电气控制原理图。第三部分是软件设计，通过西门子编程软件设计了脱水蔬菜控制系统的PLC程序以及上位机监控系统。展望本课题是基于PLC的热风干燥脱水蔬菜的设计方案，这个设计方案虽然满足了该课题的总体设计要求。但是因为个人能力不足，时间有限等一些不可抗因素。所以本课题还会存在很多不足之处，有待于后期发展和探索。比如：组态画面太过单一，并未实现更好的视觉效果和监控模式，故有待进一步探讨该组态内部脚本功能，实现更好的监控反馈。二是该课题所设计的是小型单一脱水蔬菜的设备，在脱水蔬菜方面，对每种蔬菜的选择上，温湿度的控制都是差别非常大的，对于这样而言，如若每每换一种蔬菜类别，我们就要大数据进行调参，程序复杂，并不能通过设备自行检