冻干机控制系统简介

真空冷冻干燥机控制系统简介大连双瑞科技有限公司

吴从平一：控制系统组成图

§现在的系统高集成化、网络化，稳定性更高，操作更简单，上图为双瑞科技有限公司冻干机的控制系统图。现场的控制核心为OMRON公司的CP1H系列可编程控制器，包含有CPU模块、电源模块、通讯模块、输入模块、输出模块、模拟量A/D模块，可接收外部开关信号和模拟信号按设计程序逻辑输出控制电机、阀门和加热器，使冷冻干燥顺利进行。§冻干机电控系统由可编程控制器（ProgramLogicControl简称PLC）和远程电脑（简称PC机）通过通讯电缆经过数据交换进行控制的，主要可分为主电路和控制电路两部分

§电控系统的主电路部分控制泵组，加热系统，例：压缩机由总电源AC380V进入，经过控制压缩机的电机启动器，接入交流接触器然后到压缩机接线端。电机启动器在这里的作用是短路和过电流保护，交流接触器起到欠压和失压保护，控制电磁阀组由AC220V经过控制回路的小型断路器接入中间继电器常开回路转换后控制电磁阀。这样的控制方式可以保护PLC的输出模块，避免了电磁阀烧坏而引起的PLC输出模块的触点烧坏的现象，起到隔离的作用。加热器的控制是由空气开关经过交流接触器通过固态继电器（双向晶闸管）由温控程序进行PID控制。§控制电路部分由PLC、PC机和触摸屏三部分组成。PLC由电源、CPU、通讯模块、输入模块、输出模块、模拟量模块等部分组成

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首先介绍CPU上有一个RS232通讯端口和一个编程口。RS232一般用于与触摸屏通讯，通讯模块上有个通讯端口（以太网选用口）用于PC机通讯。输入模块主要是采集压缩机报警信号及外围连锁保护信号，从而触发报警器。输出模块是输出电压信号给热过载继电器，连接到交流接触器的线圈，通过交流接触器的开关来控制冻干机上的每台泵组。输出电压信号给中间继电器线圈，通过中间继电器开关来控制电磁阀的开关。模拟量模块采集温度、压力、真空传感器的三种不同信号，温度由温度传感器通过温度变送器转换接入AD模块，温度探头的温度范围为-200度-+200度，对应的电阻是18.52-175.84欧姆通过温度变送器转变为4-20mA的标准信号，温度变化引起电阻变化从而导致电流变化，这种变化方式是线性变化，变化过程称为变送输出。压力变送器接入DC24V电源，输出为4-20mA标准信号，真空硅管接入DC24V电源，输出为0-10V标准信号。

控制部件的介绍1.空气断路器2.交流接触器；热过载继电器3.中间继电器4.固态继电器5.隔离变压器6.不间断电源7.开关电源8.接线端子9.温度变送器10.PT-100铂热电阻11.压力传感器12.可编程控制器(PLC)13.触摸屏(PT)

控制部件的分析1.空气断路器：概述：空气断路器又叫自动开关或空气开关。在电路正常工作时，断路器可以接通或分断正常负载电流；当电路发生严重的过载或失压故障时，断路器能够自动的分断故障电路，有效地保护串接在其后面的电气设备。因而，低压断路器是一种具有保护环节的开关电器。

控制部件的分析1.1空气断路器的框架电流Iu、额定电流Ie、额定电流整定值Ir的含义是什么？框架电流Iu：又称为额定不间断电流。指在规定条件下，电器在长期工作制下，各部件的温升不超过规定极限值时所承受的电流值。额定工作电流Ie：

指在规定条件下，能保证电器正常工作的电流值。它和额定电压、电网频率、额定工作制、使用类别、触头寿命及防护等级等因素有关。有时被标识为In。额定电流整定值Ir：这是使用者通过断路器的脱扣器自行整定的一个电流值，断路器根据使用者整定的Ir对电路进行过载、短路保护。

控制部件的分析2.交流接触器、热过载继电器概述：接触器是一种用来自动接通和断开主电路，大容量控制电路的控制电器，其主要控制对象是电动机，也可以是其他电力负载。接触器不仅可用来频繁地接通或断开带负荷电路，而且能实现远距离控制，还具有失压保护功能，因而被广泛使用。热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在主电路中主要用作电动机的过载保护和缺相保护。

控制部件的分析3、中间继电器概述： 中间继电器是在控制电路中传输或转换信号的一种电器元件，其作用主要是扩展控制触点数量或增强触点容量。在我们的设备中一是保护PLC_输出模块的触点，二是转换输出信号

控制部件的分析

4、固态继电器概述：

固态继电器是一种四端有源器件，简称ACSSR。其中两端为输入控制端，另外两端为输出控制端，中间采用光电隔离，以实现输入与输出之间的电气隔离。当输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态，从而控制交大的交流负载。

控制部件的分析5、隔离变压器概述：隔离变压器首先要明白什么是“隔离”，变压器的隔离是隔离什么？隔离的作用是什么？隔离是指变压器原副边绕线圈之间是电绝缘的。变压器的隔离是隔离原副边绕线圈各自的电流。隔离有很多种，对于低压常见的变压器主要是金属绕线圈外面敷上绝缘漆，然後原副边绕线圈绕在一匝铁心上組成一個变压器。这种变压器的绕线圈使用的导线很多人就叫其“漆包线”。原因就是那层绝缘漆。这时原副边就是靠那层漆绝缘的，即隔离的。运用到我们双瑞冻干机上，减少了工业电网上的电压的冲击，和雷击造成的对我们设备控制系统的影响。

控制部件的分析6、不间断电源概述：不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备及控制系统提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时,UPS立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

UPS作为保护性的电源设备，它的性能参数具有重要意义，应是我们选购时的考虑重点。

控制部件的分析7、开关电源概述：

简单的说，电源的作用是把交流电网的电能转换为适合仪器仪表使用的低压直流电，来驱动我们的设备。主要采用脉冲变压器耦合型开关稳压电源，主要的转换过程为：高压市频交流-（整流、滤波）>高压直流-（调制）>高压高频交流-（变压）>低压高频交流-（整流、滤波）>低压直流

控制部件的分析8、接线端子概述：ABB端子的三种连接技术：螺钉连接、弹簧连接、免剥线快速连接代表着全球连接技术领域的发展趋势。a.螺钉连接b.接触压力高，连接可靠c.螺钉自锁，抗振动，免维护d.防手指触摸e.全铜的金属件

控制部件的分析9、温度变送器概述：

温度变送器采用热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4-20mA电流信号输出。

控制部件的分析10、PT100铂热电阻概述：电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜,此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。通常冻干机使用的热电阻的使用范围在-100度到150度，依据PT100型铂热电阻分度表，在不同的温度段所对应的电阻值是不同的。

控制部件的分析压力变送器的其测量方法是：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa-20MPa）和微差压变送器（0-0kPa）两种。

控制部件的分析12、可编程控制器现场的控制核心，现使用OMRON公司的CP1H系列可编程控制器，包含有CPU、电源、通讯模块、输入模块、输出模块、模拟量A/D模块.可接收外部开关信号和模拟信号按设计程序逻辑输出控制电机、阀门和加热器，使冷冻干燥顺利进行。CPU模块：整个系统的数据处理中心，进行逻辑运算处理，与一般计算机一样，它按系统程序赋予的功能指挥可编程控制器有条不紊的进行工作。CPU模块是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

控制部件的分析电源模块：提供可编程控制器各单元用的能源，连接220V交流电源或24V直流电源。输入模块：用于接收数字传感器（开关信号），比如在冷冻干燥设备上可通过接收水压力继电器的开关信号判断水压是否正常。输出模块：用于输出控制外部的执行机构，可连接控制电磁阀、接触器、小功率电机、灯和电机启动器。A/D模块：通过这些模块可将模拟传感器的电流、电压信号转化为数字信号供CPU模块处理。在系统中采集温度、真空、压力信号。模拟量模块接收设备上的温度和压力。计算并在上位电脑或工业触摸屏上显示。通讯模块：模块上分别有RS232和RS422两种硬件接口用于与外控电脑、触摸屏、及控制仪表通讯，进行联合控制。我们采用以太网通讯方式实现PC机和可编程控制器连接通讯。