尚巧贈，王 勇，梁月肖

（1.河北省機電一體化中試基地，河北 石家莊 050081；2.石家莊科技信息職業(yè)學院，河北 石家莊 050081）

熱泵干燥技術越來越成熟，應用的行業(yè)越來越多，該技術從某種程度上，緩解了能源壓力。把自動控制運用于熱泵干燥系統(tǒng)中，使之能夠根據物料干燥的邏輯自動控制，是熱泵干燥發(fā)展的必然趨勢。由于干燥的物料受時間、天氣的限制，如糧食，每年糧食干燥是人們面臨的一個重大問題，數量比較大，受天氣的影響大。用自動控制的熱泵干燥，無需太多的勞動力，就能短時間內完成干燥。因此，自動控制干燥系統(tǒng)在干燥行業(yè)的應用有巨大潛力。

1 熱泵干燥控制系統(tǒng)的構成

該系統(tǒng)由熱泵干燥裝置、控制系統(tǒng)兩部分構成。熱泵干燥裝置是利用冷熱控制的置換，為干燥箱提供熱量，也是整個干燥系統(tǒng)的核心；控制系統(tǒng)根據采集的干燥箱內及熱泵設備參數，了解設備運行情況和干燥物干燥程度，通過控制算法對執(zhí)行機構控制，及時調整干燥數據的設置以及報警信息查詢等。

2 熱泵干燥系統(tǒng)的構成

熱泵干燥系統(tǒng)主要由壓縮機、蒸發(fā)風機、循環(huán)風機、干燥箱等構成，如圖1。

圖1 熱泵干燥系統(tǒng)的構成

熱泵干燥與傳統(tǒng)熱風干燥的區(qū)別在于空氣循環(huán)方式不同。熱泵干燥時空氣在干燥箱與熱泵干燥機組間進行閉式循環(huán)，它利用熱泵干燥機組的制冷系統(tǒng)使來自干燥箱的濕空氣降溫脫濕，當濕空氣流經熱泵吸熱器時，內部的低壓制冷劑吸收空氣的熱量由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，空氣因降溫而排出其中的大部分凝結水。來自吸熱器的低壓制冷蒸汽由壓縮機升壓后送至發(fā)熱器。當脫濕后的干冷空氣流經發(fā)熱器時，內部的高壓制冷劑因冷凝而放出熱量，外部的空氣則被加熱為熱風又回到干燥箱內繼續(xù)干燥。

3 控制系統(tǒng)的組成

該控制系統(tǒng)主要由上位機、下位機、數據采集部分及執(zhí)行機構組成。下位機是以LPC1766為核心的控制板，上位機是采用的昆侖通態(tài)的TPC7062TD顯示屏，如圖2。

3.1 硬件構成

主控板由32位高速微處理器LPC1766芯片、電流檢測電路、繼電器、18b20傳感器及其一些外圍電路組成，包括通訊模塊SP3232ESE及一個MAX485ESA模塊等。

具有100MHz操作頻率的微處理器LPC1766是主控板的核心，通過溫度傳感器采集現(xiàn)場溫度、濕度，根據采集到的溫濕度和設定值進行比較，完成監(jiān)控系統(tǒng)的數據處理、回路控制和模糊控制算法等功能，從而使熱泵干燥裝置可以按照操作人員的設定要求自動控制設備啟停、故障檢測和保護等工作過程。

數據采集部分采用的數字傳感器18b20，18b20是單總線數字傳感器，允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件，18b20的測量范圍從－55℃到＋125℃，增量值為0.5℃，可在l s（典型值）內把溫度變換成數字，采集速度、精度及測溫范圍均能滿足熱泵干燥的要求。干燥箱內共安置4個18b20數字傳感器探頭，在循環(huán)風的進出風口分別安置兩個18b20傳感器，為干球溫度和濕球溫度；在循環(huán)風的進風口稱為上棚，在循環(huán)風的出風口稱為下棚。CPU根據上下棚溫差選擇依據上棚或下棚溫濕度控制設備運行。干球溫度測量的是干燥箱內空氣的溫度，而濕球是18b20封裝后浸泡在水中，操作人員根據溫度判斷干燥箱內的濕度，即為濕球溫度。也可以根據溫度和濕度的換算公式經過查表得到相對濕度。

圖2 控制系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)設計了兩個通訊接口，通訊模塊SP3232ESE與MAX485ESA模塊。通過模塊SP3232ESE實現(xiàn)上位機與下位機串口通訊；通過MAX485ESA模塊把數據遠傳到監(jiān)管部門，進行管理歸檔。

另外設計了報警電路，當檢測到風機及壓縮機運行狀態(tài)出現(xiàn)問題時，進行聲光報警。

3.2 人機界面

上位機主要完成數據的監(jiān)控和管理，將主控板上傳的數據取出，進行實時顯示、存儲，并進行歸檔、報警等分析處理。昆侖通態(tài)的TPC7062TD觸摸屏提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息歸檔及報表的功能模板。高性能的過程藕合，快速的畫面更新以及可靠的數據使其具有高度的實用性。人機界面的主要功能：

1）數據設定：主界面顯示兩條溫度曲線和濕度曲線，曲線分為10段，每段需要設置數據并下發(fā)給主控板，和實際數據相比較，控制風機和壓縮機。

2）工作模式：分為“烘烤”、“烘烤＋排濕”、“烘烤＋強排濕”三種工作模式，“烘烤”模式只控制加熱設備，不控制風門開關?！昂婵荆艥瘛蹦Ｊ綖橥瑫r控制加熱設備啟停和風門開關?！昂婵荆珡娕艥瘛蹦Ｊ绞窃凇昂婵荆艥瘛蹦Ｊ降幕A上增加備用電加熱快速啟動功能，適用于干燥箱需要大量強排濕，并且溫度要求高的階段。

3）記錄和實時顯示參數：主界面實時顯示干燥箱內的溫度、濕度、風門打開的角度及系統(tǒng)狀態(tài)數據。記錄、歸檔數據生成報表。

3.3 控制方法

在熱泵控制系統(tǒng)中，溫濕度是一種帶反饋的閉環(huán)控制。根據溫濕度傳感器采集干燥箱的實際數據，與設定數據相比較，控制執(zhí)行機構啟停，將干燥箱內的溫濕度控制在設定值范圍內，達到熱泵干燥的控制精度。

溫度和相對濕度控制的慣量比較大，變化趨勢是相反的。溫度控制主要是比較當前的溫度值和設定值，調整主從壓縮機的運行時間，以此來調節(jié)熱量交換的流量，使干燥箱內的溫度穩(wěn)定在設定值。在設定的時間內，熱泵裝置不能達到溫度設定值，啟動輔助電熱，當熱泵裝置能夠滿足干燥物需求的熱量時，關閉電加熱，由熱泵裝置單獨供熱并自動調整加熱時間。濕度控制是建立在溫度控制的基礎上的，在目標溫度下比較當前的相對濕度和設定濕度值，調整排濕風門和進風門的開度，把潮濕的空氣排出，相對濕度較高的空氣經過發(fā)熱器時，溫度降低，其所含的水分將冷凝成水析出，經排水管排出機組外，把相對濕度控制在濕度設定值。

干燥箱內的溫度分為恒溫控制和升溫控制，升溫控制是根據操作人員設定的升溫速率，上升到目標值，使用模糊控制方法實現(xiàn)升溫速率的控制，把升溫速率細化，以達到升溫精度±0.5℃為準。升溫控制結束后，轉為恒溫控制，控制任務就是把溫度穩(wěn)定在設定值上，誤差范圍不得超過±0.5℃。并且由升溫控制轉為恒溫控制時，超調量非常的小，符合熱泵干燥的需求。

4 結束語

本系統(tǒng)將ARM系列為控制核心的單片機與觸摸屏相結合，實現(xiàn)熱泵干燥系統(tǒng)的自動控制。通過采集干燥箱內的溫濕度，控制壓縮機和風機的運行狀態(tài)，合理有效的進行干燥，提高了干燥物的品質。該系統(tǒng)設計合理、性能可靠、工作穩(wěn)定，減少了工作人員的操作強度，并在一定程度上提高了控制的精度。

［1］ 張燕妮.ARM Cortex嵌入式開發(fā)實例相解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［2］ 張建鋒，李娟鈴.熱泵干燥裝置控制系統(tǒng)的研究［J］.糧食加工，2007.

［3］ 范海亮，基于PLC的模糊PID復合控制在熱泵干燥控制系統(tǒng)中的應用［D］.2012：18－27.