真空冷凍干燥機控制系統簡介大連雙瑞科技有限公司

吳從平一：控制系統組成圖

§現在的系統高集成化、網絡化，穩定性更高，操作更簡單，上圖為雙瑞科技有限公司凍干機的控制系統圖。現場的控制核心為OMRON公司的CP1H系列可編程控制器，包含有CPU模塊、電源模塊、通訊模塊、輸入模塊、輸出模塊、模擬量A/D模塊，可接收外部開關信號和模擬信號按設計程序邏輯輸出控制電機、閥門和加熱器，使冷凍干燥順利進行。§凍干機電控系統由可編程控制器（ProgramLogicControl簡稱PLC）和遠程電腦（簡稱PC機）通過通訊電纜經過數據交換進行控制的，主要可分為主電路和控制電路兩部分

§電控系統的主電路部分控制泵組，加熱系統，例：壓縮機由總電源AC380V進入，經過控制壓縮機的電機啟動器，接入交流接觸器然后到壓縮機接線端。電機啟動器在這里的作用是短路和過電流保護，交流接觸器起到欠壓和失壓保護，控制電磁閥組由AC220V經過控制回路的小型斷路器接入中間繼電器常開回路轉換后控制電磁閥。這樣的控制方式可以保護PLC的輸出模塊，避免了電磁閥燒壞而引起的PLC輸出模塊的觸點燒壞的現象，起到隔離的作用。加熱器的控制是由空氣開關經過交流接觸器通過固態繼電器（雙向晶閘管）由溫控程序進行PID控制。§控制電路部分由PLC、PC機和觸摸屏三部分組成。PLC由電源、CPU、通訊模塊、輸入模塊、輸出模塊、模擬量模塊等部分組成

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首先介紹CPU上有一個RS232通訊端口和一個編程口。RS232一般用于與觸摸屏通訊，通訊模塊上有個通訊端口（以太網選用口）用于PC機通訊。輸入模塊主要是采集壓縮機報警信號及外圍連鎖保護信號，從而觸發報警器。輸出模塊是輸出電壓信號給熱過載繼電器，連接到交流接觸器的線圈，通過交流接觸器的開關來控制凍干機上的每臺泵組。輸出電壓信號給中間繼電器線圈，通過中間繼電器開關來控制電磁閥的開關。模擬量模塊采集溫度、壓力、真空傳感器的三種不同信號，溫度由溫度傳感器通過溫度變送器轉換接入AD模塊，溫度探頭的溫度范圍為-200度-+200度，對應的電阻是18.52-175.84歐姆通過溫度變送器轉變為4-20mA的標準信號，溫度變化引起電阻變化從而導致電流變化，這種變化方式是線性變化，變化過程稱為變送輸出。壓力變送器接入DC24V電源，輸出為4-20mA標準信號，真空硅管接入DC24V電源，輸出為0-10V標準信號。

控制部件的介紹1.空氣斷路器2.交流接觸器；熱過載繼電器3.中間繼電器4.固態繼電器5.隔離變壓器6.不間斷電源7.開關電源8.接線端子9.溫度變送器10.PT-100鉑熱電阻11.壓力傳感器12.可編程控制器(PLC)13.觸摸屏(PT)

控制部件的分析1.空氣斷路器：概述：空氣斷路器又叫自動開關或空氣開關。在電路正常工作時，斷路器可以接通或分斷正常負載電流；當電路發生嚴重的過載或失壓故障時，斷路器能夠自動的分斷故障電路，有效地保護串接在其后面的電氣設備。因而，低壓斷路器是一種具有保護環節的開關電器。

控制部件的分析1.1空氣斷路器的框架電流Iu、額定電流Ie、額定電流整定值Ir的含義是什么？框架電流Iu：又稱為額定不間斷電流。指在規定條件下，電器在長期工作制下，各部件的溫升不超過規定極限值時所承受的電流值。額定工作電流Ie：

指在規定條件下，能保證電器正常工作的電流值。它和額定電壓、電網頻率、額定工作制、使用類別、觸頭壽命及防護等級等因素有關。有時被標識為In。額定電流整定值Ir：這是使用者通過斷路器的脫扣器自行整定的一個電流值，斷路器根據使用者整定的Ir對電路進行過載、短路保護。

控制部件的分析2.交流接觸器、熱過載繼電器概述：接觸器是一種用來自動接通和斷開主電路，大容量控制電路的控制電器，其主要控制對象是電動機，也可以是其他電力負載。接觸器不僅可用來頻繁地接通或斷開帶負荷電路，而且能實現遠距離控制，還具有失壓保護功能，因而被廣泛使用。熱繼電器是利用電流的熱效應原理來工作的保護電器，它在主電路中主要用作電動機的過載保護和缺相保護。

控制部件的分析3、中間繼電器概述： 中間繼電器是在控制電路中傳輸或轉換信號的一種電器元件，其作用主要是擴展控制觸點數量或增強觸點容量。在我們的設備中一是保護PLC_輸出模塊的觸點，二是轉換輸出信號

控制部件的分析

4、固態繼電器概述：

固態繼電器是一種四端有源器件，簡稱ACSSR。其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出控制端，中間采用光電隔離，以實現輸入與輸出之間的電氣隔離。當輸入端加上直流或脈沖信號，輸出端就能從關斷狀態轉變成導通狀態，從而控制交大的交流負載。

控制部件的分析5、隔離變壓器概述：隔離變壓器首先要明白什么是“隔離”，變壓器的隔離是隔離什么？隔離的作用是什么？隔離是指變壓器原副邊繞線圈之間是電絕緣的。變壓器的隔離是隔離原副邊繞線圈各自的電流。隔離有很多種，對于低壓常見的變壓器主要是金屬繞線圈外面敷上絕緣漆，然後原副邊繞線圈繞在一匝鐵心上組成一個變壓器。這種變壓器的繞線圈使用的導線很多人就叫其“漆包線”。原因就是那層絕緣漆。這時原副邊就是靠那層漆絕緣的，即隔離的。運用到我們雙瑞凍干機上，減少了工業電網上的電壓的沖擊，和雷擊造成的對我們設備控制系統的影響。

控制部件的分析6、不間斷電源概述：不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備及控制系統提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷(事故停電)時,UPS立即將機內電池的電能,通過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。

UPS作為保護性的電源設備，它的性能參數具有重要意義，應是我們選購時的考慮重點。

控制部件的分析7、開關電源概述：

簡單的說，電源的作用是把交流電網的電能轉換為適合儀器儀表使用的低壓直流電，來驅動我們的設備。主要采用脈沖變壓器耦合型開關穩壓電源，主要的轉換過程為：高壓市頻交流-（整流、濾波）>高壓直流-（調制）>高壓高頻交流-（變壓）>低壓高頻交流-（整流、濾波）>低壓直流

控制部件的分析8、接線端子概述：ABB端子的三種連接技術：螺釘連接、彈簧連接、免剝線快速連接代表著全球連接技術領域的發展趨勢。a.螺釘連接b.接觸壓力高，連接可靠c.螺釘自鎖，抗振動，免維護d.防手指觸摸e.全銅的金屬件

控制部件的分析9、溫度變送器概述：

溫度變送器采用熱電阻作為測溫元件，從測溫元件輸出信號送到變送器模塊，經過穩壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I轉換、恒流及反向保護等電路處理后，轉換成與溫度成線性關系的4-20mA電流信號輸出。

控制部件的分析10、PT100鉑熱電阻概述：電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅,此外，現在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。通常凍干機使用的熱電阻的使用范圍在-100度到150度，依據PT100型鉑熱電阻分度表，在不同的溫度段所對應的電阻值是不同的。

控制部件的分析壓力變送器的其測量方法是：流程壓力和參考壓力分別作用于集成硅壓力敏感元件的兩端，其差壓使硅片變形（位移很小，僅μm級），以使硅片上用半導體技術制成的全動態惠斯登電橋在外部電流源驅動下輸出正比于壓力的mV級電壓信號。由于硅材料的強性極佳，所以輸出信號的線性度及變差指標均很高。工作時，壓力變送器將被測物理量轉換成mV級的電壓信號，并送往放大倍數很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大后的信號經電壓電流轉換變換成相應的電流信號，再經過非線性校正，最后產生與輸入壓力成線性對應關系的標準電流電壓信號。壓力變送器根據測壓范圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa-20MPa）和微差壓變送器（0-0kPa）兩種。

控制部件的分析12、可編程控制器現場的控制核心，現使用OMRON公司的CP1H系列可編程控制器，包含有CPU、電源、通訊模塊、輸入模塊、輸出模塊、模擬量A/D模塊.可接收外部開關信號和模擬信號按設計程序邏輯輸出控制電機、閥門和加熱器，使冷凍干燥順利進行。CPU模塊：整個系統的數據處理中心，進行邏輯運算處理，與一般計算機一樣，它按系統程序賦予的功能指揮可編程控制器有條不紊的進行工作。CPU模塊是PLC的核心，起神經中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。

控制部件的分析電源模塊：提供可編程控制器各單元用的能源，連接220V交流電源或24V直流電源。輸入模塊：用于接收數字傳感器（開關信號），比如在冷凍干燥設備上可通過接收水壓力繼電器的開關信號判斷水壓是否正常。輸出模塊：用于輸出控制外部的執行機構，可連接控制電磁閥、接觸器、小功率電機、燈和電機啟動器。A/D模塊：通過這些模塊可將模擬傳感器的電流、電壓信號轉化為數字信號供CPU模塊處理。在系統中采集溫度、真空、壓力信號。模擬量模塊接收設備上的溫度和壓力。計算并在上位電腦或工業觸摸屏上顯示。通訊模塊：模塊上分別有RS232和RS422兩種硬件接口用于與外控電腦、觸摸屏、及控制儀表通訊，進行聯合控制。我們采用以太網通訊方式實現PC機和可編程控制器連接通訊。