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热泵干燥控制系统的实验与研究

作 者: 倪超
导 师: 李娟玲
学 校: 南京农业大学
专 业: 农业机械化工程
关键词: 热泵干燥 数据采集 可编程控制器 温湿度 监控系统
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 41次
引 用: 1次
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内容摘要


干燥加工是农产品加工过程中的重要的环节。传统的热风循环干燥因能耗大、耗时长、干制品的品质低,已经无法满足人们对高品质农产品的要求。新兴的干燥技术如真空冷冻干燥虽然产品质量好,高成本制约了它的推广应用。热泵干燥技术是兼顾品质与成本的一项干燥技术,已经广泛应用于木材、农产品、药材的干燥加工。现行的热泵干燥其干燥参数如温度、湿度等参数大多还是由人工根据经验进行控制,耗时耗力、控制精度低、效果差。本课题将热泵干燥技术、自动检测控制技术、SCADA技术相融合,建立了精确的热泵干燥控制系统,该系统主要由热泵干燥装置、数据采集系统、监控系统三部分构成。系统也为后续研究提供了实验平台。本课题的热泵干燥装置由冷凝器、蒸发器、压缩机、膨胀阀、干燥室、辅助加热器、风机等组成,是一套全封闭结构的热泵干燥装置。数据采集系统采用PLC的模拟量输入模块接受传感器的温度、湿度、重量、风速信号,A/D转换后PLC将信号换算成工程值数据并储存。选用通信协议,建立计算机和PLC的通信,OPC服务器将通过通信获取数据。监控系统主要具备PLC自动控制和PC机监控功能。PLC程序将PID算法用于温湿度控制,变频器控制风机转速以实现对干燥介质流量的控制,并具备数据处理功能。应用组态软件开发的监控平台作为人机界面,供OPC客户从OPC服务器获取数据,并能够实现数据实时显示、数据归档、干燥设定、干燥控制、数据及报警信息查询等功能。本课题以胡萝卜为干燥物料进行多组干燥实验,验证热泵干燥控制系统的性能。干燥实验全过程热泵干燥装置运转正常,温湿度控制精确、稳定,风机频率恒定,风速小幅波动。实验结果证明该系统干燥品质优异,分析表明物料重量、含水率、干燥速率的变化符合干燥规律。热泵干燥控制系统性能达到设计目标,可以作为深入研究的实验平台。分析归档数据,通过时间-干燥速率曲线发现不同温度的干燥速率在降速干燥阶段的交叉规律,并提出新的研究方向。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 课题的研究背景和研究意义  9
  1.2 国内外相关研究动态  9-11
    1.2.1 热泵干燥控制国外研究现状  9-10
    1.2.2 热泵干燥控制国内研究现状  10-11
  1.3 SCADA系统的现状与发展  11-12
  1.4 本课题的主要研究内容  12-14
  参考文献  14-16
第二章 热泵干燥技术与热泵干燥机的结构  16-24
  2.1 热泵干燥原理和特点  16-18
    2.1.1 热泵干燥原理  16
    2.1.2 热泵干燥的热力学分析  16-18
    2.1.3 热泵干燥的特点  18
  2.2 热泵干燥装置的性能参数  18-19
  2.3 热泵干燥装置结构分析  19-21
  2.4 热泵干燥机的配置  21-23
  参考文献  23-24
第三章 数据采集系统的设计  24-43
  3.1 工业数据采集技术简介  24-30
    3.1.1 数据采集技术的发展  24-25
    3.1.2 工业数据采集技术  25
    3.1.3 传感器技术简介  25-26
    3.1.4 PLC技术简介  26-28
    3.1.5 通信及网络技术  28-30
  3.2 热泵干燥数据采集系统的硬件选配  30-33
    3.2.1 传感器及其配件  30-31
    3.2.2 PLC、模拟量模块及变频器  31-32
    3.2.3 通信电缆及计算机  32-33
  3.3 热泵干燥数据采集系统的实现  33-37
    3.3.1 数据采集系统的方案  33
    3.3.2 硬件的组合  33-36
    3.3.3 传感器信号处理  36-37
  3.4 OPC服务器获取数据  37-41
    3.4.1 OPC技术简介  37-38
    3.4.2 PC Access作为OPC服务器获取数据  38-41
  3.5 本章小结  41-42
  参考文献  42-43
第四章 控制算法与监控系统的设计  43-62
  4.1 温湿度控制基本策略  43-44
  4.2 PID控制算法的原理与运用  44-47
    4.2.1 PID算法的原理  44-45
    4.2.2 PID控制的运用  45-47
  4.3 变频调速原理与运用  47-51
    4.3.1 变频调速原理  47-49
    4.3.2 MM420变频器的运用  49-51
  4.4 控制程序的设计  51-57
    4.4.1 控制程序的结构  51-53
    4.4.2 PID温控模块  53-55
    4.4.3 数据处理模块  55-57
  4.5 监控系统的设计  57-60
    4.5.1 WinCC软件及监控的核心思想  57-58
    4.5.2 监控界面组态  58-59
    4.5.3 监控系统的数据处理  59-60
  4.6 本章小结  60-61
  参考文献  61-62
第五章 实验与分析  62-70
  5.1 预处理和实验方法  62
  5.2 实验过程及实验效果  62-64
  5.3 实验数据分析  64-67
  5.4 实验结论  67-68
  5.5 本章小结  68-69
  参考文献  69-70
第六章 结论与展望  70-71
  6.1 主要研究工作及结论  70
  6.2 对今后工作的建议  70-71
附录 热泵干燥机PLC电气接线图  71-73
致谢  73-75
研究生期间撰写发表的论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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