何惠湘

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，江蘇 南通 226006）

觸摸屏在食品真空快速冷卻機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

何惠湘

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，江蘇 南通 226006）

論文介紹了食品真空快速冷卻機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作流程，提出了觸摸屏在食品真空快速冷卻機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)食品真空快速冷卻機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示和良好的人機(jī)交互功能，提高了設(shè)備的各項(xiàng)性能。

真空冷卻；觸摸屏；監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

真空快速冷卻機(jī)主要用于蒸煮熟食品的深加工生產(chǎn)過(guò)程，是加工工藝過(guò)程中不能缺少的重要冷卻設(shè)備。在食品真空快速冷卻機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用觸摸屏，可以直接設(shè)定目標(biāo)值并與生產(chǎn)實(shí)際值作比較，并可實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)各工藝參數(shù)的大小和變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、故障診斷等功能，使整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能得到很大加強(qiáng)。

2 食品真空快速冷卻機(jī)結(jié)構(gòu)及工藝流程

2.1 食品真空快速冷卻機(jī)的結(jié)構(gòu)

食品真空快速冷卻機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由真空槽、水噴射冷凝器、水箱、循環(huán)泵和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成。

食品真空快速冷卻工作原理：將蒸煮后的高溫熟食品放入冷卻真空槽內(nèi)，關(guān)門(mén)密封，由真空泵排氣。隨著冷卻真空槽內(nèi)的壓力不斷下降，食品組織內(nèi)外水的沸點(diǎn)也隨之降低，水分因不斷吸熱而汽化升騰的同時(shí)，水汽又被真空泵抽走，這種工作連續(xù)不斷地經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，從而使食品達(dá)到了快速降溫的目的。

在圖1中，水箱18中的水，經(jīng)由鐵絲網(wǎng)19吸入循環(huán)泵21中，從水噴射冷凝器11內(nèi)部的噴嘴13噴出，經(jīng)由止回閥10把真空槽14內(nèi)部的空氣、蒸汽等吸入后，水返回水箱。如此反復(fù)循環(huán)，使真空槽14中的制品快速冷卻，溫度降低。

2.2 食品真空快速冷卻機(jī)的工作流程

食品真空快速冷卻機(jī)的生產(chǎn)工作流程圖如圖2所示：

根據(jù)食品真空快速冷卻機(jī)的工作流程圖，其監(jiān)控過(guò)程如下：

（1）冷卻過(guò)程開(kāi)始；（2）設(shè)定冷卻制品的溫度和放氣時(shí)間（破真空時(shí)間）；（3）設(shè)定滲氣閥A、B的動(dòng)作狀態(tài)及動(dòng)作時(shí)間，即確定冷卻工作時(shí)間；

（4）PLC控制滲氣閥動(dòng)作以及開(kāi)啟供水閥和循環(huán)泵；

（5）制品在冷卻的過(guò)程中，觸摸屏的監(jiān)控畫(huà)面上不但會(huì)顯示冷卻真空槽和水箱的當(dāng)前溫度，還會(huì)顯示冷卻已進(jìn)行的時(shí)間。當(dāng)制品溫度≤設(shè)定溫度，或者冷卻時(shí)間＝設(shè)定時(shí)間時(shí)，PLC自動(dòng)控制滲氣閥、供水閥及循環(huán)泵的關(guān)閉；

（6）PLC控制破真空閥打開(kāi)，放氣時(shí)間到達(dá)設(shè)定值后自動(dòng)關(guān)閉破真空閥；

（7）系統(tǒng)報(bào)警；

（8）冷卻過(guò)程結(jié)束。

3 觸摸屏在食品真空快速冷卻機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 硬件設(shè)計(jì)

食品真空快速冷卻機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置主要由檢測(cè)單元、變送單元、調(diào)節(jié)主控單元和人機(jī)界面構(gòu)成。檢測(cè)單元由各傳感器系統(tǒng)構(gòu)成，變送單元由三菱公司的FX2N-4AD-PT模擬特殊模塊構(gòu)成，調(diào)節(jié)主控單元由三菱公司 FX1N-14MR可編程控制器構(gòu)成，人機(jī)界面由WeinView MT500系列觸摸屏組成。食品真空快速冷卻機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖如圖3所示：

監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制器PLC擴(kuò)展一塊模擬特殊模塊FX2N-4AD-PT，具體控制過(guò)程為：由溫度傳感器PT100檢測(cè)冷卻真空槽溫度和水箱溫度，發(fā)出的模擬信號(hào)經(jīng)由模擬輸入模塊FX2N-4AD-PT采集即可檢測(cè)到冷卻機(jī)工作的狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)讀入PLC，然后通過(guò)PLC邏輯運(yùn)算，形成相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量輸出，控制電磁閥、繼電器和接觸器的動(dòng)作，從而整體控制滲氣閥、供水閥、循環(huán)泵和破真空閥的動(dòng)作。同時(shí)，PLC把檢測(cè)到的冷卻機(jī)狀態(tài)和動(dòng)作信號(hào)送入觸摸屏，用戶利用這些信號(hào)對(duì)各種故障進(jìn)行診斷，通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括觸摸屏軟件設(shè)計(jì)和PLC軟件設(shè)計(jì)：觸摸屏畫(huà)面設(shè)計(jì)程序由EasyBuilder 500專(zhuān)用編程軟件進(jìn)行編譯、設(shè)計(jì)，然后從PC機(jī)中下載到觸摸屏即可使用。由PLC對(duì)觸摸屏狀態(tài)控制區(qū)和通知區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)達(dá)到兩者之間的信息交互，觸摸屏與 PLC之間通過(guò)RS232C通信電纜進(jìn)行連接。PLC控制程序由三菱MELSOFT系列GX Developer編程軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過(guò)編程電腦下載到 PLC進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試通過(guò)后即可使用。

觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)冷卻機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線的監(jiān)視，必要時(shí)做出判斷和控制。觸摸屏提供人控制機(jī)器的界面，畫(huà)面設(shè)計(jì)不僅要求能實(shí)現(xiàn)所有控制功能 （輸入及顯示參數(shù)、存儲(chǔ)紀(jì)錄、報(bào)警等），而且要求簡(jiǎn)單明了、易于操作人員正確的執(zhí)行操作。根據(jù)冷卻機(jī)的控制、操作要求、系統(tǒng)所需監(jiān)控的過(guò)程變量和實(shí)際功能，共設(shè)計(jì)了開(kāi)機(jī)畫(huà)面、操作畫(huà)面、參數(shù)設(shè)置一、參數(shù)設(shè)置二、時(shí)間日期設(shè)置和報(bào)警顯示畫(huà)面等主要的6組人機(jī)交互界面，冷卻機(jī)各個(gè)部件的工作狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)都可在觸摸屏上動(dòng)態(tài)顯示。

圖4所示為觸摸屏畫(huà)面設(shè)計(jì)的框架。

3.2.1 開(kāi)機(jī)畫(huà)面

觸摸屏開(kāi)機(jī)畫(huà)面的設(shè)計(jì)如圖5所示：

點(diǎn)擊右下角的“GO”，則可由開(kāi)機(jī)畫(huà)面進(jìn)入真空快速冷卻機(jī)的操作畫(huà)面。

3.2.2 操作畫(huà)面

操作畫(huà)面如圖6所示，主要用來(lái)控制被控設(shè)備的啟停及顯示控制系統(tǒng)各組成單元內(nèi)部的參數(shù)。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了便于調(diào)試，通常要求系統(tǒng)有手動(dòng)工作模式，而系統(tǒng)在調(diào)試結(jié)束正常工作時(shí)一般要求系統(tǒng)是自動(dòng)控制模式。利用觸摸屏操作畫(huà)面右邊的切換開(kāi)關(guān)可以進(jìn)行食品真空快速冷卻機(jī)“手動(dòng)/自動(dòng)”兩種工作模式的選擇。

手動(dòng)運(yùn)行方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障維修或調(diào)試時(shí)使用，在此不做詳細(xì)說(shuō)明。下面主要介紹自動(dòng)工作模式下的觸摸屏操作畫(huà)面。

在圖6中，左邊是冷卻真空槽的兩個(gè)溫度值顯示，左下角是貯水區(qū)（水箱）的溫度值顯示，中間的上方是滲氣閥A、滲氣閥B和破真空閥，中間是水噴射冷凝器，連接水噴射冷凝器和水箱的是循環(huán)泵，此外還有進(jìn)水閥、工作時(shí)間顯示、“開(kāi)始/停止”切換開(kāi)關(guān)、“消警”按鈕和“設(shè)置”按鈕（出水閥在此未標(biāo)出，一般食品真空快速冷卻機(jī)在正常工作時(shí)，出水閥是處于打開(kāi)狀態(tài)的）。在冷卻機(jī)工作運(yùn)行時(shí)，各溫度值可動(dòng)態(tài)顯示，方便操作員隨時(shí)掌握冷卻進(jìn)程。

點(diǎn)擊畫(huà)面右下角的“設(shè)置”按鈕，則進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置一”控制畫(huà)面（如圖7所示）。

3.2.3 參數(shù)設(shè)置一畫(huà)面

在參數(shù)設(shè)置一畫(huà)面中，首先點(diǎn)擊“操作”按鈕，則可以設(shè)定“制品溫度”以及“放氣時(shí)間”。在此圖中，試設(shè)定“制品溫度”為20℃，“放氣時(shí)間”為200秒。則當(dāng)真空冷卻槽中的兩個(gè)溫度傳感器中的任意一個(gè)溫度顯示為20℃時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，之后由PLC控制破真空閥開(kāi)關(guān)打開(kāi)200秒后再關(guān)閉，冷卻過(guò)程結(jié)束。

圖中右下角有二個(gè)按鈕，分別是“設(shè)置二”和“操作”。若點(diǎn)擊“操作”按鈕，則又返回前面的“操作畫(huà)面”，然后點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，冷卻過(guò)程開(kāi)始，通過(guò)“操作畫(huà)面”來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控冷卻過(guò)程，此冷卻過(guò)程稱(chēng)為“快冷”。在“快冷”過(guò)程中，滲氣閥A、B都是關(guān)閉的。

若點(diǎn)擊“設(shè)置二”按鈕，則進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置二”控制畫(huà)面（如圖8所示）。

3.2.4 參數(shù)設(shè)置二畫(huà)面

在“參數(shù)設(shè)置二”畫(huà)面上，操作員可以根據(jù)需要，任意選擇滲氣閥A、B的開(kāi)與閉。由于滲氣閥A或者滲氣閥B打開(kāi)時(shí)，真空冷卻槽中的真空度下降，需要冷卻的時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)，冷卻過(guò)程慢。因此，滲氣閥A、B也稱(chēng)為“慢冷閥開(kāi)關(guān)”，而這一冷卻過(guò)程就稱(chēng)為“慢冷”。

圖中有四個(gè)程序可以選擇滲氣閥A、B的開(kāi)閉狀態(tài)以及設(shè)定它們保持這種狀態(tài)的時(shí)間。

當(dāng)滲氣閥A、B的選擇程序設(shè)定好后，點(diǎn)擊“操作”按鈕，則又返回到“操作畫(huà)面”，進(jìn)行冷卻過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控；若還想修改參數(shù)一設(shè)定值，則點(diǎn)擊“參數(shù)一”按鈕，重新返回到“參數(shù)設(shè)置一”畫(huà)面。

制冷時(shí)間到了后，滲閥A、B關(guān)閉，破真空閥打開(kāi)，放氣200秒后冷卻過(guò)程結(jié)束，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

3.2.5 報(bào)警顯示畫(huà)面

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)報(bào)警顯示畫(huà)面時(shí)，將故障信息在報(bào)警編輯器中編輯好，并在畫(huà)面中設(shè)置消息行（畫(huà)面最上端）用于故障信息顯示。系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，即顯示報(bào)警畫(huà)面，各個(gè)閥門(mén)與循環(huán)泵由正常的綠色變化為紅色，并向PLC發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作指令，關(guān)閉各個(gè)閥門(mén)及循環(huán)泵。觸摸屏根據(jù)PLC傳送的故障信號(hào)，將報(bào)警編輯器中對(duì)應(yīng)的故障信息在消息行移動(dòng)顯示出來(lái)。同時(shí)，監(jiān)控畫(huà)面上的報(bào)警信號(hào)燈將不停閃爍且蜂鳴器發(fā)出聲響報(bào)警。此時(shí)操作人員只有觸摸“消警”按鈕才能結(jié)束報(bào)警，以便繼續(xù)工作，而報(bào)警的開(kāi)始與結(jié)束信息也被儲(chǔ)存在報(bào)警記錄集中。

食品真空快速冷卻機(jī)的報(bào)警信息有5種情況：循環(huán)泵過(guò)載導(dǎo)致熱繼電器動(dòng)作、自動(dòng)工作模式時(shí)真空槽內(nèi)制品溫度達(dá)到設(shè)定值、自動(dòng)工作模式時(shí)工作時(shí)間到達(dá)設(shè)定值、自動(dòng)工作模式時(shí)真空槽內(nèi)制品溫度達(dá)到設(shè)定值、PT模塊異常（PT不正確、PT硬件錯(cuò)誤、PT I/O超范圍）。

當(dāng)“循環(huán)泵熱繼動(dòng)作”報(bào)警時(shí)，畫(huà)面如圖9所示：最上端的消息行移動(dòng)顯示故障信息，音響報(bào)警，同時(shí)關(guān)閉冷卻機(jī)各個(gè)閥門(mén)，循環(huán)泵停止工作。操作員按“消警”按鈕后結(jié)束報(bào)警，處理故障后繼續(xù)工作。

4 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)是為某冷凍設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)的食品真空快速冷卻機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)已投入運(yùn)行。采用觸摸屏對(duì)食品真空快速冷卻機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了良好的人機(jī)交互功能，并且在生產(chǎn)應(yīng)用中取得了很好的效果，為企業(yè)減少了人力資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控。

[1]宋義，等.低位整機(jī)汽水組合噴射真空泵開(kāi)發(fā)研究與應(yīng)用[J].真空科學(xué)技術(shù)，1999(19).

[2]達(dá)道安，等.真空設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].蘭州：國(guó)際工業(yè)出版社，1991.

[3]威綸科技股份有限公司.EasyBuilder 500使用手冊(cè)[Z].

[4]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

責(zé)任編輯 王榮輝

G718

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1674-5787（2010）05-0157-03

2010-08-28

何惠湘（1972—），女，湖南常寧人，碩士，南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，副教授，研究方向：控制工程。