热泵干燥装置监控系统的设计与研究

论文摘要

针对当前我国蔬菜脱水加工中存在的问题和不足,本研究将热泵干燥技术应用于蔬菜的脱水加工。利用先进的计算机控制技术和组态技术,设计了热泵干燥装置的微机自动监控系统,对蔬菜的脱水加工进行实时监测和调控。本文的主要进行了以下几方面的工作:1)设计了计算机自动监测和控制系统的总体结构,即采用PC机作为上位机,Siemens公司S7-200系列可编程控制器作为下位机,通过RS485总线构成了整个计算机监控系统。上位机作为管理级,采用世纪星通用工业自动化组态软件对其监控软件组态,实现对现场数据实时记录和监控,设计了温湿度及相关控制参数设定、实时温湿度显示、干燥曲线绘制、干燥速率曲线绘制、报警信息表显示及报表打印等功能画面。下位机PLC作为现场控制级,运用与之相配的STEP7编程软件,完成监控系统的数据采集、处理,回路控制和模糊控制算法执行等功能,从而使热泵干燥装置可以按照操作人员设定要求自动完成开机、调节控制、故障检测保护、关机等工作过程。2)基于干燥是一个非线性、时变性、温湿度强烈耦合的过程,采用常规的控制方法难以达到满意的效果,设计了不依赖被控对象数学模型的模糊解耦控制。以温湿度偏差和温湿度偏差变化率作为输入参数,运用模糊解耦控制算法进行推理,能在线跟踪被控对象的动态特性,及时修正控制参数,实现对干燥过程的温湿度解耦控制。3)采用胡萝卜作为实验对象,利用设计的热泵干燥装置进行脱水试验,结果证明该自动监控系统工作性能良好,能稳定地将温湿度控制在允许的范围内,基本上能满足脱水蔬菜的加工要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及课题研究的意义
• 1.2 热泵干燥的国内外研究现状
• 1.2.1 热泵干燥的国外研究现状
• 1.2.2 热泵干燥的国内研究现状
• 1.3 热泵干燥目前的主要课题及其发展趋势
• 1.4 本课题研究的主要工作
• 参考文献
• 第二章 热泵干燥装置系统特性及控制策略分析
• 2.1 常见的热泵干燥装置型式
• 2.2 闭路式热泵干燥装置的性能分析
• 2.3 热泵干燥装置的循环空气焓湿图分析
• 2.4 热泵干燥装置的性能评价参数
• 2.5 热泵干燥装置的控制特性分析
• 2.5.1 热泵干燥装置的调控目标
• 2.5.2 热泵干燥装置调控方式分析
• 参考文献
• 第三章 热泵干燥装置模糊控制器设计
• 3.1 模糊控制的基本原理
• 3.1.1 模糊控制系统的组成
• 3.1.2 模糊控制器的构成
• 3.1.3 模糊控制器的设计
• 3.2 热泵干燥装置的模糊控制器设计
• 3.2.1 模糊控制器的结构设计
• 3.2.2 选择描述输入和输出变量的词集
• 3.2.3 定义各模糊变量的模糊子集
• 3.2.4 模糊控制规则的确定
• 3.2.5 模糊推理算法研究
• 3.2.6 解模糊和模糊控制表的建立
• 参考文献
• 第四章 测控系统的设计与实现
• 4.1 系统概述
• 4.2 测控系统的组成
• 4.3 系统的硬件设计
• 4.3.1 下位机
• 4.3.2 模拟量输入输出模块
• 4.3.3 变频器
• 4.3.4 传感器的选型
• 4.3.5 执行设备
• 4.4 测控系统的电路连接
• 4.4.1 CPU模块与模拟量扩展模块连接
• 4.4.2 传感器和EM231模块的连接
• 4.4.3 外部负载与EM232模块的连接
• 4.4.4 串行通讯接口
• 4.5 系统的软件设计
• 4.5.1 下位机PLC程序设计
• 4.5.2 上位机监控系统的设计
• 参考文献
• 第五章 实验分析
• 5.1 试验材料和方法
• 5.1.1 实验材料和干燥前预处理
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 试验公式与方法
• 5.3 试验结果的分析
• 5.3.1 干燥过程的实时曲线
• 5.3.2 干燥曲线和干燥速率曲线
• 5.3.3 干燥效果评价
• 参考文献
• 第六章 结论和展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文