傳統(tǒng)的冷凍干燥烘干機(jī)由程序步進(jìn)器進(jìn)行機(jī)械控制，其觸點(diǎn)繁多，故障頻繁，維修不便，嚴(yán)重影響冷凍干燥烘干機(jī)的正常工作，對產(chǎn)品的質(zhì)量也產(chǎn)生了很大影響。
    冷凍干燥烘干機(jī)可分為十三大部分：即真空裝置、制冷裝置、離心機(jī)裝置、干燥腔室、真空排氣系統(tǒng)、導(dǎo)熱擱板、加熱裝置、導(dǎo)熱媒體換熱裝置、擱板升降及壓塞系統(tǒng)、溶媒收集裝置、在線自動清洗裝置、在線滅菌裝置、運(yùn)行參數(shù)測定控制系統(tǒng)部分。
    采用三菱的小型PLC對整個冷凍干燥烘干機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行控制，可實現(xiàn)較高的自動化程度，并完成智能控制、狀態(tài)顯和故障報警等任務(wù)，同時還提供良好的人機(jī)界面與操作員進(jìn)行交互，使得修改各種參數(shù)簡單、易行，對于機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行能及時、快速、準(zhǔn)確的反映，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機(jī)、鋸末木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑鋸末烘干等機(jī)械設(shè)備。
1、PLC冷凍干燥烘干機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    冷凍干燥烘干機(jī)的電氣控制系統(tǒng)框圖見圖1。其核心是可編程控制器，它的輸出部分主要用于控制各類閥和驅(qū)動電機(jī)。其輸入部分主要接收各類保護(hù)繼電器的動作信號。其通訊接口端子溝通遠(yuǎn)程測量模塊和上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，下面分別對備組成部分加以敘述。
    上位機(jī)采用PE或以上型號的工控機(jī)，如果上位機(jī)放在環(huán)境較好的控制室中，可采用質(zhì)量較好的商用甚至家用計算機(jī)。下位機(jī)由PLC、真空和制品電阻檢測控制儀表、多路溫度檢測和控制儀表、電網(wǎng)檢測儀表、蒸汽消毒專用儀表等組成。上下位機(jī)之間采用工業(yè)RS-485串行總線連接，組成主從式多機(jī)網(wǎng)絡(luò)。下位機(jī)各儀表傳感器可實現(xiàn)各種模擬信號的采集、顯示，可獨(dú)立實現(xiàn)部分控制功能，也可按上位機(jī)的指令控制。帶485通訊接口的PLC作為上位機(jī)的各輸入輸出開關(guān)量信號的接口，PLC本身具有獨(dú)立的連鎖保護(hù)和部分程控、定時功能，可在應(yīng)急狀態(tài)下配合手操臺實現(xiàn)應(yīng)急操作。測和控制儀表、電網(wǎng)檢測儀表、蒸汽消毒專用儀表等組成。上下位機(jī)之間采用工業(yè)RS - 485串行總線連接，組成主從式多機(jī)網(wǎng)絡(luò)。下位機(jī)各儀表傳感器可實現(xiàn)各種模擬信號的采集、顯示，可獨(dú)立實現(xiàn)部分控制功能，也可按上位機(jī)的指令控制。帶485通訊接口的PLC作為上位機(jī)的各輸入輸出開關(guān)量信號的接口，PLC本身具有獨(dú)立的連鎖保護(hù)和部分程控、定時功能，可在應(yīng)急狀態(tài)下配合手操臺實現(xiàn)應(yīng)急操作。
    本控制系統(tǒng)具有干燥烘干機(jī)凍干曲線設(shè)定、除霜、滅菌、在線清洗、真空控制、干燥狀態(tài)檢測、故障報警和維修檢查的功能。
    控制系統(tǒng)能進(jìn)行全自動的凍干控制，包括預(yù)凍、加熱、抽真空、壓塞、放氣、除霜、滅菌等。在編程器上可以顯示溫度、壓力、時間、周期、狀態(tài)等，也可以顯示報警信息。采用凍干曲線和設(shè)備運(yùn)行全自動方法時，可由微機(jī)編程，凍干流程顯示可用熒光屏或模擬板兩種方式，可在微機(jī)上對PLC編程，并能提供所有軟件設(shè)備。軟件可記錄各運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行的時間和歷史記錄，隨機(jī)和定時打印數(shù)據(jù)、報表、曲線等，同時記錄多項故障和事件發(fā)生。多點(diǎn)記錄儀可顯示制品、導(dǎo)熱液、真空冷凝器的溫度和干燥腔室、真空泵的真空度，同時還對冷凝器的溫度進(jìn)行報警。必要時能夠進(jìn)行人工干預(yù)。
    圖2是冷凍干燥烘干機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖。
    (1)模擬量輸入模塊FX2N-4AD
    FX2N-4AD是供FX2N用的4通道12位模擬量輸入模塊（正符合監(jiān)測四臺電動機(jī)），各通道可以指定為電流輸入(一20mA～+20mA)或電壓輸入（-10V～+10V），輸入電阻分別為250Ω和200VkΩ，分辨率分別為20uA和5mV，綜合精度為1%（相當(dāng)于最大值）。有效輸出位數(shù)為11位，最高位為符號位，輸出數(shù)字范圍為-2048～+2047（對電動機(jī)的測量要求能達(dá)到）。轉(zhuǎn)換速度最高為6ms／通道，在程序中占用8個輸入輸出點(diǎn)。一臺FX2N最多可連接8個FX2N-4AD模塊。如果生產(chǎn)當(dāng)中需要測控的電動機(jī)臺數(shù)過多，可以采用幾臺PLC組成網(wǎng)絡(luò)來控制。
    (2)模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT
    FX2N-4AD-PT是供三線式鉑電阻PT一100用的4通道12位溫度傳感器模擬量輸入模塊，驅(qū)動電流為1mA（恒流方式），分辨率為0.2～0.30C，綜合精度為1%（相對于最大值）。它里面有溫度變送器和模擬量輸入電路，可以校正傳感器的非線性。測量單位可用攝氏或華氏表示，額定溫度范圍為-100～600℃，輸出數(shù)字量為-1000～+6000，轉(zhuǎn)換速度為15ms每通道，在程序中占用8個輸入輸出點(diǎn)，一臺FX2N最多可連接8塊FX2N-4AD-PT模塊。
2、軟件組成
    本自動線PLC控制系統(tǒng)的軟件由公用程序、溫度測定控制程序、干燥狀態(tài)檢測程序、在線清洗程序、除霜程序、滅菌程序、真空控制程序、信號顯示和故障報警程序等六個部分組成。由這一整套的程序?qū)崿F(xiàn)冷凍干燥烘干機(jī)全自動工作過程。其總的程序圖如3。
    (1)系統(tǒng)監(jiān)控軟件功能
    冷凍干燥烘干機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件主要功能：
    ①建立凍干工藝流程畫面，創(chuàng)建數(shù)據(jù)顯示信息庫；
    ②編寫凍干程序及設(shè)定其他系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)；
    ③傳送凍干程序和運(yùn)行參數(shù)給PLC，并從PLC中讀取生產(chǎn)數(shù)
    ④對系統(tǒng)重要的工藝變量如溫度、真空度及各種設(shè)備的運(yùn)行狀進(jìn)行實時顯示和記錄；
    ⑤必要時進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整和記錄；
    ⑥故障信號的實時報警、記錄和處理。
    (2)系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計
    上位機(jī)程序主要完成人機(jī)交互功能，PLC梯型圖程序只需能夠根據(jù)輸入狀態(tài)確定相應(yīng)輸出，程序非常簡單。下面著重介紹完成主要控制功能的下位機(jī)控制程序的設(shè)計。下位機(jī)軟件主要由主程序、通信處理程序、軟件定時器中斷處理程序等幾部分組成。主程序完成寄存器的初始化、數(shù)據(jù)存儲區(qū)清零、軟件使用的各種標(biāo)志初始化等功能。通信處理部分完成與上位機(jī)的通訊功能府需要顯示、保存的數(shù)據(jù)送給上位機(jī)同時將上位機(jī)控制算法得到的控制指令送給下位機(jī)。軟件定時器中斷處理程序是下位機(jī)程序的重要組成部分。
    通訊程序設(shè)計通訊協(xié)議的制定是通訊程序設(shè)計的主要工作，是確保串行通訊可靠性的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行通信，發(fā)送和接收信息都以包為單位。每個數(shù)據(jù)由起始標(biāo)志字、包數(shù)據(jù)總長度、命令號、數(shù)據(jù)內(nèi)容和檢驗碼組成。起始標(biāo)志字由2個十六進(jìn)制數(shù)El、IE組成，設(shè)置這一標(biāo)志的目的是防止干擾數(shù)據(jù)串入通信回路。數(shù)據(jù)長度字節(jié)使通信雙方明確數(shù)據(jù)包的長度，可靠進(jìn)行可變長度的通信。檢驗碼使用較為常見的檢驗和方式，它的使用大大減少了數(shù)據(jù)內(nèi)容錯誤。在通信過程中，上位機(jī)始終處于主動狀態(tài)，下位機(jī)始終處于被動狀態(tài)。由此原則設(shè)計的命令碼主要有下列3種：
    1)0號命令完成上位機(jī)與下位機(jī)的通信握手。設(shè)置這一命令的目的，是使上位機(jī)能快速確定下位機(jī)是否工作正常。收到O號命令后，下位機(jī)向上位機(jī)返回同樣的數(shù)據(jù)包，上位機(jī)接收到位機(jī)向上位機(jī)返回同樣的數(shù)據(jù)包，上位機(jī)接收到后即說明通信正常。
    2)1號命令讀取下位機(jī)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。組成此命令的數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)內(nèi)容依次為：讀取的字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)所在內(nèi)存區(qū)首地址的低字節(jié)、高字節(jié)。通過這個命令，上位機(jī)可以獲得下位機(jī)中任意地址中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，當(dāng)然也包括寄存器中的內(nèi)容。
    3)2號命令將一定長度的數(shù)據(jù)寫到指定的下位機(jī)內(nèi)存中去。組成此命令的數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)內(nèi)容采用以下格式：要寫入的字節(jié)數(shù)、寫入內(nèi)存區(qū)的首地址的低字節(jié)、高字節(jié)后依次為要寫入的字節(jié)。通過這一命令，上位機(jī)可以將凍干過程的各種命令參數(shù)及凍干曲線輸入到下位機(jī)中去，由下位機(jī)作進(jìn)～步處理，控制凍干的正常運(yùn)行。而且此命令允許上位機(jī)可以任意修改下位機(jī)寄存器和內(nèi)存中的內(nèi)容。
3、結(jié)束語
    本控制系統(tǒng)具有干燥烘干機(jī)凍干曲線設(shè)定、除霜、滅菌、在線清洗、真空控制、干燥狀態(tài)檢測、故障報警和維修檢查的功能。采用凍干曲線和設(shè)備運(yùn)行全自動方法時，可由微機(jī)編程，凍干流程顯示可用熒光屏或模擬板兩種方式，可在微機(jī)上對PLC編程，并能提供所有軟件設(shè)備。多點(diǎn)記錄儀可顯示制品、導(dǎo)熱液、真空冷凝器的溫度和干燥腔室、真空泵的真空度，同時還對冷凝器的溫度進(jìn)行報警。必要時能夠進(jìn)行人工干預(yù)。