1、 南京工程学院 毕业设计说明书 (论文 ) 作者： 乔峰 学号： 1204354117 系部： 能源与电气工程学院 专业： 自动化 题目： 基于多路 PID 的双热源式热风干燥机的设计 指导者： 刘利讲师 (姓名 ) (专业技术职务 ) 评阅者： (姓名 ) (专业技术职务 ) 2016 年 5 月 南 京 热风干燥系统是一种提供温度恒定，风量恒定的工业热风的系统，在印刷行业和造纸等行业有着广泛的应用。传统的热风干燥系统只使用电加热作为热源，同时用作除湿装置，能耗较高；而新型的双热源式热风干燥机，增加了热泵装置，热泵可通过冷凝过程进行除湿，并且此过程吸收的热量又可以用来加热，大大降低了能耗。
2、本文主要介绍了一种 以 PLC为控制中枢的 双热源式热风干燥机，详细介绍了其硬件构成，控制要求以及控制算法的基本实现方法。在温度和风量的控制中，引入了 PID算 法，并结合 PID功能，达到这两个参数的精确控制。 并且由于 PID的引入，使系统具有了很强的抗干扰能力。本文还涉及了组态技术，通过撰写组态界面使系统易于使用。此外，对系统的能耗进行了分析，提出了几种降低能耗提高效率的方法。 经过调试和检验，本系统温度和风量的控制均稳定且快速，达到了预期的控制要求。 关键词 热风干燥系统 热泵除湿 PID 算法 组态 PLC 毕业设计说明书（论文）中文摘要 毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title
3、The Design of A Convective Hot Air Dryer Based On Multi-loop PID Algorithm Abstract Hot air drying system is a system that provides hot air which has constant temperature and air volume, its been widely used in printing and papermaking industry. The traditional hot air drying systems only use electr
4、ical heating as their heat source and at the same time the dehydrating unit. They have higher energy consumption than the new hot air drying systems which are equipped heat pump as the additional heat source. The condensation process of heat pump can not only be used to dehumidification but also to
5、heat. It reduces the energy consumption quite a lot. This article is mainly focused on a bio heat source hot air system based on PLC,introduces its hardware, control requirement as well as the way to realize it in detail. PID algorithm is introduced to control temperature and air volume precisely an
6、d the system gets the very strong anti-interference ability in the wake of the introduction of PID algorithm. Configuration Technology is also involved in this article to make the system easier to use. Furthermore, we made some analyzes about power consumption of the system, after that came up with
7、some kinds of methods to improve its efficiency. We can control temperature and air volume steady and quickly after tuning it. Which achieves the control requirement. KeywordsHot air drying system heat pump dehumidification PID algorithm configuration 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 目录 1 绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 热风干
8、燥机的分类 . 1 1.2.1 单热源与双热源式干燥 机 . 1 1.2.2 双热源式相较于单热源式的优点 . 1 1.3 本课题研 究的主要内容 . 2 2 双热源式热风干燥机的总体设计 . 3 2.1 热风干燥机综述 . 3 2.2 热风干燥系统的功能设计 . 4 2.3 热风干燥系统实现方法概述 . 5 3 热风干燥系统硬件设计 . 7 3.1 热风干燥控制系统的总体构成 . 7 3.1.1 干燥机腔体 . 7 3.1.2 主控器 DCCE MAC1120 PLC 简介 . 9 3.2 热风干燥系统的电气设备选型 . 10 3.2.1 检测与执行装置 . 10 3.2.2 输入输出模块的
9、选 择 . 14 3.2.3 电源模块的选择 . 16 3.2.4 变频器的选择 . 16 3.2.5 可控硅功率调节器的选 择 . 17 3.2.6 触摸屏的选择 . 17 3.3 设备间的通讯以及接线 . 18 3.3.1 输入输出的接线 . 18 3.3.2 变频器的接线及其控制方式 . 19 3.3.3 触摸屏与 PLC 的通讯连接 . 21 4 热风干燥系统软件设计 . 22 4.1 控制系统的流程图 . 22 4.2 系统软件实现 . 23 4.2.1 数据的转换 . 23 4.2.2 风机启动与延时停止的实现 . 24 4.2.3 补压与泄 压的实现 . 24 4.2.4 PID
10、 控制的实现 . 25 4.2.5 PLC 与变频器通讯的编程实现 . 34 4.2.6 触摸屏画面的编纂 . 35 4.2.7 报警功能的实现 . 38 5 降低系统能耗的方法 . 40 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 5.1 系统能耗分布概述 . 40 5.2 降低能耗与提高效率的方法 . 40 5.2.1 硬件上的改进 . 40 5.2.2 软件上的改进 . 41 6 总结 . 42 致谢 . 43 参考文献 : . 44 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 1 1 绪论 1.1 概述 热风干燥机是利用加热技术和热交换技术来产生热风的设备 ， 在印刷 业应用很多 。在传统的干燥设备中
11、，电加热干燥设备占据了很大一部分，但这部分设备存在普遍的问题，就是能耗特别大， 热风干燥机和普通的电加热设备相比 ，节能比例达到了 80%左右 传统意义上 热风干燥机是由鼓风机、加热器、控制电路三大部分组成。热风干燥机 在电子、食品、制药、包装等各行业应用前景十分广泛。 1.2 热风干燥机的分类 1.2.1 单热源与双热源式干燥机 单热源式干燥机， 是指这种干燥机只有一个热源，普遍是电加热，电加热模块既用来加热，也用来除湿干燥 。 从进风腔传入的空气经过电加热除湿和加热之后又被送进进风腔。 双热源式热风 干燥机， 是指拥有电加热和热泵除湿两种热源的干燥机 。它有两个蒸发器，利用除湿蒸发量，吸收
12、水蒸汽的汽化潜热，脱去水分；利用热泵蒸发器向环境空气采热，使制冷工质在蒸发器内由液体变为气体，经压缩机，压至冷凝器。冷凝器也称为热交换器，脱湿后的空气，在此处被高温制冷工质加热，而制冷工质在此放出汽化潜热而被冷却为同压下的液体，经膨胀阀，回到蒸发器继续循环。 1.2.2 双热源式相较于单热源式的优点 双热源式热风干燥机要比单热源式干燥机更加节能。 如果要求仅仅需要供给热风而对湿度没有要求的话，那么普遍使用电加热就可以达到要求。而热泵可以通过吸收大气的热量来用于加热，它的能耗仅仅为电加热的约 1/3，并且如果两种热源配合使用的话，可以达到既快速又节能的控制要求。双热源热风干燥机是现在的主流，单热
13、源式的干燥机正在慢慢被淘汰。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 2 1.3 本课题研究的主要内容 双热源式热风干燥机的应用已经成为一种趋势，面对用户日益严格的控温精确度和节能的要求，如何让热风干燥机温度控制更加精确，在不影响效率的情况下更加节能成了设备设计者要解决的一大难题。在干燥机系统中，影响被控对象（温度，风量）的扰动有非常多。如：进风温度，环境温度等，如何克服这些扰动，实现系统对扰动的实时响应，以提高控制精度，也是影响产品性能的一大因素。 本次设计主要内容如下： (1)对热风干燥系统进行概述。 (2)为解决单热源干燥机的能耗问题，设计一款双热源干燥机，包括机械部 分电气部分以及控制算法
14、。并结合自动 控制原理对控制算法进行调试和优化，力求系统快速性好，准确性高，稳定性好。 (3)探究更多节能的方法，降低系统能耗。 (4)设计人机界面，使系统简单易用。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 3 2 双热源式热风干燥机的总体设计 2.1 热风干燥机综述 现需要向印刷行业提供稳定可靠的热风风源设备，本设备主要由：电加热设备，压缩机，入风电机，和各种风量和温度传感器组成，其工艺流程图如图2-1所示。其中箭头空气流动方向。 图 2-1干燥机原理图 如图所示，在腔体底层的风机先吸入大量的空气作为加热的原材料，此风机也是腔体内气体流动的动力源，吸入的空气通过压缩机和电加热（ PWM可控硅调功
15、 加热），使空气的温度到达设定值，此时被加热的空气（热风）被送入另一个腔体中，对加工的 产品进行加热烘干，当压缩机不能够满足加热的需求时，便会启动压缩机加热 ，两个加热方式协同作用， 达到高效节能的目的。使用过后的废弃，会通过两次排气，最终被排出。 从产品加工的腔体被排出，此时是第一次排气，在此过程中，使用热交换装置对废气中剩余的能量进行 回收，回收的能量通过大规模并且复杂的铜管传 入加热装置，在此用于加热环节 ，废弃经过能量回收之后，最终被排出腔体外，在第二次排气的排气口，亦可设有风机来抽风，保证废弃正常排出。 其中风量由风门的开度进行控制，在排风口和回风口分别设有风门执行器，通过两个风门执
16、行器在开度上的配合可以控制风量保持稳定。 本系统通过电加热与压缩机协同控温，使用废弃能量回收装置来使能源利南京工程学院毕业设计说明书（论文） 4 用最大化，并且使用 PID技术，对温度，风量进行精确控制。达到了高效，并且节能的效果。 2.2 热风干燥系统的功能设计 1、设好风机风量，启动风机，风量控控制置自动。 2、回风风量控制阀置手动，并给一个初始值（此值由触摸屏输入）， 排风风压控制阀置手动，并给一个初始值（此值由触摸屏输入）。 3、选择是否只用电加热，如只用电加热则，电加热控制回路置自动，设定值由触摸屏给出。 如不选择只用电加热，则根据温度设定值与实际值的差，当差大于 5度时，压缩机和电
17、加热输出置 100%，当差小于 5度时，先使用压缩机来控制温度，压缩机温度控制回路置自动、电加热输出置 0。 当压缩机输出 100%并维持一定时间（此时间由触摸屏输入）后，压缩机输出保持在 100%然后电加热回路置自动。同时，当压缩机高压压力 高于高压 1保护压力时，压缩机改为由高压压力控制，并自动保持在一个值（此值即压缩机压力控制的设定值），此时电加热仍然由温度控制并自动。 当电加热自动并且压缩机不由压力控制时，如控制回路输出为 0%并保持一定时间（此时间由触摸屏输入）后，电加热输出置 0，压缩机温度控制回路置自动。 如压缩机为压力控制，当加热温度设定值低于压力转温控的温度值（此值由触摸屏输入）时，压缩机由压力控制改为温度控制，此时电加热仍然自动，当加热温度设定值小于直接投入电加热温度值（此值由触摸屏输入，并小于压力转温控的温度值）时，电加热改手动并 输出置 0，此时压缩机由温度控制并自动。 4、当回风风量有显示后，设定好回风风量（此值由触摸屏输入），并将风量控制阀置自动。当回风风压有显示后，设定好回风风压（此值由触摸屏输入），并将风压控制阀置自动。 5、当正常停车时，按下风机停止按钮，则压缩机和电加热立即同时停止，延时一段时间（此时间由触摸屏输入）后，再停止风机。 当紧急停车时，按下紧急停车按钮后，风机、压缩机、电加热立即同时停
