何惠湘

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電系，江蘇 南通 226006）

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

何惠湘

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電系，江蘇 南通 226006）

論文介紹了食品真空快速冷卻機的結(jié)構(gòu)及工作流程，提出了觸摸屏在食品真空快速冷卻機監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對食品真空快速冷卻機運行狀態(tài)的動態(tài)顯示和良好的人機交互功能，提高了設(shè)備的各項性能。

真空冷卻；觸摸屏；監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

真空快速冷卻機主要用于蒸煮熟食品的深加工生產(chǎn)過程，是加工工藝過程中不能缺少的重要冷卻設(shè)備。在食品真空快速冷卻機監(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)實際值作比較，并可實時監(jiān)控系統(tǒng)各工藝參數(shù)的大小和變化趨勢，實現(xiàn)報警、故障診斷等功能，使整個自動控制系統(tǒng)的功能得到很大加強。

2 食品真空快速冷卻機結(jié)構(gòu)及工藝流程

2.1 食品真空快速冷卻機的結(jié)構(gòu)

食品真空快速冷卻機結(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)外水的沸點也隨之降低，水分因不斷吸熱而汽化升騰的同時，水汽又被真空泵抽走，這種工作連續(xù)不斷地經(jīng)過一定時間，從而使食品達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的工作流程

食品真空快速冷卻機的生產(chǎn)工作流程圖如圖2所示：

根據(jù)食品真空快速冷卻機的工作流程圖，其監(jiān)控過程如下：

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

（4）PLC控制滲氣閥動作以及開啟供水閥和循環(huán)泵；

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

（6）PLC控制破真空閥打開，放氣時間到達設(shè)定值后自動關(guān)閉破真空閥；

（7）系統(tǒng)報警；

（8）冷卻過程結(jié)束。

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

3.1 硬件設(shè)計

食品真空快速冷卻機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置主要由檢測單元、變送單元、調(diào)節(jié)主控單元和人機界面構(gòu)成。檢測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，人機界面由WeinView MT500系列觸摸屏組成。食品真空快速冷卻機監(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擴展一塊模擬特殊模塊FX2N-4AD-PT，具體控制過程為：由溫度傳感器PT100檢測冷卻真空槽溫度和水箱溫度，發(fā)出的模擬信號經(jīng)由模擬輸入模塊FX2N-4AD-PT采集即可檢測到冷卻機工作的狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號讀入PLC，然后通過PLC邏輯運算，形成相應(yīng)的開關(guān)量輸出，控制電磁閥、繼電器和接觸器的動作，從而整體控制滲氣閥、供水閥、循環(huán)泵和破真空閥的動作。同時，PLC把檢測到的冷卻機狀態(tài)和動作信號送入觸摸屏，用戶利用這些信號對各種故障進行診斷，通過觸摸屏實現(xiàn)實時監(jiān)控。

3.2 軟件設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括觸摸屏軟件設(shè)計和PLC軟件設(shè)計：觸摸屏畫面設(shè)計程序由EasyBuilder 500專用編程軟件進行編譯、設(shè)計，然后從PC機中下載到觸摸屏即可使用。由PLC對觸摸屏狀態(tài)控制區(qū)和通知區(qū)進行讀寫達到兩者之間的信息交互，觸摸屏與 PLC之間通過RS232C通信電纜進行連接。PLC控制程序由三菱MELSOFT系列GX Developer編程軟件進行設(shè)計，然后通過編程電腦下載到 PLC進行聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試通過后即可使用。

觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對整個冷卻機設(shè)備運行狀態(tài)、各項運行數(shù)據(jù)的實時在線的監(jiān)視，必要時做出判斷和控制。觸摸屏提供人控制機器的界面，畫面設(shè)計不僅要求能實現(xiàn)所有控制功能 （輸入及顯示參數(shù)、存儲紀錄、報警等），而且要求簡單明了、易于操作人員正確的執(zhí)行操作。根據(jù)冷卻機的控制、操作要求、系統(tǒng)所需監(jiān)控的過程變量和實際功能，共設(shè)計了開機畫面、操作畫面、參數(shù)設(shè)置一、參數(shù)設(shè)置二、時間日期設(shè)置和報警顯示畫面等主要的6組人機交互界面，冷卻機各個部件的工作狀態(tài)、運行狀態(tài)都可在觸摸屏上動態(tài)顯示。

圖4所示為觸摸屏畫面設(shè)計的框架。

3.2.1 開機畫面

觸摸屏開機畫面的設(shè)計如圖5所示：

點擊右下角的“GO”，則可由開機畫面進入真空快速冷卻機的操作畫面。

3.2.2 操作畫面

操作畫面如圖6所示，主要用來控制被控設(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)。開發(fā)過程中，為了便于調(diào)試，通常要求系統(tǒng)有手動工作模式，而系統(tǒng)在調(diào)試結(jié)束正常工作時一般要求系統(tǒng)是自動控制模式。利用觸摸屏操作畫面右邊的切換開關(guān)可以進行食品真空快速冷卻機“手動/自動”兩種工作模式的選擇。

手動運行方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障維修或調(diào)試時使用，在此不做詳細說明。下面主要介紹自動工作模式下的觸摸屏操作畫面。

在圖6中，左邊是冷卻真空槽的兩個溫度值顯示，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，此外還有進水閥、工作時間顯示、“開始/停止”切換開關(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在正常工作時，出水閥是處于打開狀態(tài)的）。在冷卻機工作運行時，各溫度值可動態(tài)顯示，方便操作員隨時掌握冷卻進程。

點擊畫面右下角的“設(shè)置”按鈕，則進入“參數(shù)設(shè)置一”控制畫面（如圖7所示）。

3.2.3 參數(shù)設(shè)置一畫面

在參數(shù)設(shè)置一畫面中，首先點擊“操作”按鈕，則可以設(shè)定“制品溫度”以及“放氣時間”。在此圖中，試設(shè)定“制品溫度”為20℃，“放氣時間”為200秒。則當(dāng)真空冷卻槽中的兩個溫度傳感器中的任意一個溫度顯示為20℃時，系統(tǒng)就會報警，之后由PLC控制破真空閥開關(guān)打開200秒后再關(guān)閉，冷卻過程結(jié)束。

圖中右下角有二個按鈕，分別是“設(shè)置二”和“操作”。若點擊“操作”按鈕，則又返回前面的“操作畫面”，然后點擊“開始”按鈕，冷卻過程開始，通過“操作畫面”來實時監(jiān)控冷卻過程，此冷卻過程稱為“快冷”。在“快冷”過程中，滲氣閥A、B都是關(guān)閉的。

若點擊“設(shè)置二”按鈕，則進入“參數(shù)設(shè)置二”控制畫面（如圖8所示）。

3.2.4 參數(shù)設(shè)置二畫面

在“參數(shù)設(shè)置二”畫面上，操作員可以根據(jù)需要，任意選擇滲氣閥A、B的開與閉。由于滲氣閥A或者滲氣閥B打開時，真空冷卻槽中的真空度下降，需要冷卻的時間就會變長，冷卻過程慢。因此，滲氣閥A、B也稱為“慢冷閥開關(guān)”，而這一冷卻過程就稱為“慢冷”。

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

當(dāng)滲氣閥A、B的選擇程序設(shè)定好后，點擊“操作”按鈕，則又返回到“操作畫面”，進行冷卻過程的實時監(jiān)控；若還想修改參數(shù)一設(shè)定值，則點擊“參數(shù)一”按鈕，重新返回到“參數(shù)設(shè)置一”畫面。

制冷時間到了后，滲閥A、B關(guān)閉，破真空閥打開，放氣200秒后冷卻過程結(jié)束，系統(tǒng)自動報警。

3.2.5 報警顯示畫面

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

食品真空快速冷卻機的報警信息有5種情況：循環(huán)泵過載導(dǎo)致熱繼電器動作、自動工作模式時真空槽內(nèi)制品溫度達到設(shè)定值、自動工作模式時工作時間到達設(shè)定值、自動工作模式時真空槽內(nèi)制品溫度達到設(shè)定值、PT模塊異常（PT不正確、PT硬件錯誤、PT I/O超范圍）。

當(dāng)“循環(huán)泵熱繼動作”報警時，畫面如圖9所示：最上端的消息行移動顯示故障信息，音響報警，同時關(guān)閉冷卻機各個閥門，循環(huán)泵停止工作。操作員按“消警”按鈕后結(jié)束報警，處理故障后繼續(xù)工作。

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)是為某冷凍設(shè)備有限公司設(shè)計的食品真空快速冷卻機的監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)已投入運行。采用觸摸屏對食品真空快速冷卻機的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，實現(xiàn)了良好的人機交互功能，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，實現(xiàn)了集中監(jiān)控。

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

[2]達道安，等.真空設(shè)計手冊[M].蘭州：國際工業(yè)出版社，1991.

[3]威綸科技股份有限公司.EasyBuilder 500使用手冊[Z].

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

責(zé)任編輯 王榮輝

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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，南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電系，副教授，研究方向：控制工程。