触摸屏在食品真空快速冷却机监控系统中的应用

2010-09-25何惠湘

重庆电子工程职业学院学报 2010年5期

关键词：循环泵气阀参数设置

何惠湘

（南通航运职业技术学院机电系，江苏南通 226006）

触摸屏在食品真空快速冷却机监控系统中的应用

何惠湘

（南通航运职业技术学院机电系，江苏南通 226006）

论文介绍了食品真空快速冷却机的结构及工作流程，提出了触摸屏在食品真空快速冷却机监控系统中的应用，实现了对食品真空快速冷却机运行状态的动态显示和良好的人机交互功能，提高了设备的各项性能。

真空冷却；触摸屏；监控系统

1 引言

真空快速冷却机主要用于蒸煮熟食品的深加工生产过程，是加工工艺过程中不能缺少的重要冷却设备。在食品真空快速冷却机监控系统中应用触摸屏，可以直接设定目标值并与生产实际值作比较，并可实时监控系统各工艺参数的大小和变化趋势，实现报警、故障诊断等功能，使整个自动控制系统的功能得到很大加强。

2 食品真空快速冷却机结构及工艺流程

2.1 食品真空快速冷却机的结构

食品真空快速冷却机结构如图1所示，主要由真空槽、水喷射冷凝器、水箱、循环泵和执行机构等部分构成。

食品真空快速冷却工作原理：将蒸煮后的高温熟食品放入冷却真空槽内，关门密封，由真空泵排气。随着冷却真空槽内的压力不断下降，食品组织内外水的沸点也随之降低，水分因不断吸热而汽化升腾的同时，水汽又被真空泵抽走，这种工作连续不断地经过一定时间，从而使食品达到了快速降温的目的。

在图1中，水箱18中的水，经由铁丝网19吸入循环泵21中，从水喷射冷凝器11内部的喷嘴13喷出，经由止回阀10把真空槽14内部的空气、蒸汽等吸入后，水返回水箱。如此反复循环，使真空槽14中的制品快速冷却，温度降低。

2.2 食品真空快速冷却机的工作流程

食品真空快速冷却机的生产工作流程图如图2所示：

根据食品真空快速冷却机的工作流程图，其监控过程如下：

（1）冷却过程开始；（2）设定冷却制品的温度和放气时间（破真空时间）；（3）设定渗气阀A、B的动作状态及动作时间，即确定冷却工作时间；

（4）PLC控制渗气阀动作以及开启供水阀和循环泵；

（5）制品在冷却的过程中，触摸屏的监控画面上不但会显示冷却真空槽和水箱的当前温度，还会显示冷却已进行的时间。当制品温度≤设定温度，或者冷却时间＝设定时间时，PLC自动控制渗气阀、供水阀及循环泵的关闭；

（6）PLC控制破真空阀打开，放气时间到达设定值后自动关闭破真空阀；

（7）系统报警；

（8）冷却过程结束。

3 触摸屏在食品真空快速冷却机监控系统中的应用

3.1 硬件设计

食品真空快速冷却机监控系统的硬件配置主要由检测单元、变送单元、调节主控单元和人机界面构成。检测单元由各传感器系统构成，变送单元由三菱公司的FX2N-4AD-PT模拟特殊模块构成，调节主控单元由三菱公司 FX1N-14MR可编程控制器构成，人机界面由WeinView MT500系列触摸屏组成。食品真空快速冷却机监控系统组成框图如图3所示：

监控系统的核心控制器PLC扩展一块模拟特殊模块FX2N-4AD-PT，具体控制过程为：由温度传感器PT100检测冷却真空槽温度和水箱温度，发出的模拟信号经由模拟输入模块FX2N-4AD-PT采集即可检测到冷却机工作的状态，转换成数字信号读入PLC，然后通过PLC逻辑运算，形成相应的开关量输出，控制电磁阀、继电器和接触器的动作，从而整体控制渗气阀、供水阀、循环泵和破真空阀的动作。同时，PLC把检测到的冷却机状态和动作信号送入触摸屏，用户利用这些信号对各种故障进行诊断，通过触摸屏实现实时监控。

3.2 软件设计

监控系统的软件设计包括触摸屏软件设计和PLC软件设计：触摸屏画面设计程序由EasyBuilder 500专用编程软件进行编译、设计，然后从PC机中下载到触摸屏即可使用。由PLC对触摸屏状态控制区和通知区进行读写达到两者之间的信息交互，触摸屏与 PLC之间通过RS232C通信电缆进行连接。PLC控制程序由三菱MELSOFT系列GX Developer编程软件进行设计，然后通过编程电脑下载到 PLC进行联机调试，调试通过后即可使用。

触摸屏监控系统实现对整个冷却机设备运行状态、各项运行数据的实时在线的监视，必要时做出判断和控制。触摸屏提供人控制机器的界面，画面设计不仅要求能实现所有控制功能（输入及显示参数、存储纪录、报警等），而且要求简单明了、易于操作人员正确的执行操作。根据冷却机的控制、操作要求、系统所需监控的过程变量和实际功能，共设计了开机画面、操作画面、参数设置一、参数设置二、时间日期设置和报警显示画面等主要的6组人机交互界面，冷却机各个部件的工作状态、运行状态都可在触摸屏上动态显示。

图4所示为触摸屏画面设计的框架。

3.2.1 开机画面

触摸屏开机画面的设计如图5所示：

点击右下角的“GO”，则可由开机画面进入真空快速冷却机的操作画面。

3.2.2 操作画面

操作画面如图6所示，主要用来控制被控设备的启停及显示控制系统各组成单元内部的参数。开发过程中，为了便于调试，通常要求系统有手动工作模式，而系统在调试结束正常工作时一般要求系统是自动控制模式。利用触摸屏操作画面右边的切换开关可以进行食品真空快速冷却机“手动/自动”两种工作模式的选择。

手动运行方式只在系统出现故障维修或调试时使用，在此不做详细说明。下面主要介绍自动工作模式下的触摸屏操作画面。

在图6中，左边是冷却真空槽的两个温度值显示，左下角是贮水区（水箱）的温度值显示，中间的上方是渗气阀A、渗气阀B和破真空阀，中间是水喷射冷凝器，连接水喷射冷凝器和水箱的是循环泵，此外还有进水阀、工作时间显示、“开始/停止”切换开关、“消警”按钮和“设置”按钮（出水阀在此未标出，一般食品真空快速冷却机在正常工作时，出水阀是处于打开状态的）。在冷却机工作运行时，各温度值可动态显示，方便操作员随时掌握冷却进程。

点击画面右下角的“设置”按钮，则进入“参数设置一”控制画面（如图7所示）。

3.2.3 参数设置一画面

在参数设置一画面中，首先点击“操作”按钮，则可以设定“制品温度”以及“放气时间”。在此图中，试设定“制品温度”为20℃，“放气时间”为200秒。则当真空冷却槽中的两个温度传感器中的任意一个温度显示为20℃时，系统就会报警，之后由PLC控制破真空阀开关打开200秒后再关闭，冷却过程结束。

图中右下角有二个按钮，分别是“设置二”和“操作”。若点击“操作”按钮，则又返回前面的“操作画面”，然后点击“开始”按钮，冷却过程开始，通过“操作画面”来实时监控冷却过程，此冷却过程称为“快冷”。在“快冷”过程中，渗气阀A、B都是关闭的。

若点击“设置二”按钮，则进入“参数设置二”控制画面（如图8所示）。

3.2.4 参数设置二画面

在“参数设置二”画面上，操作员可以根据需要，任意选择渗气阀A、B的开与闭。由于渗气阀A或者渗气阀B打开时，真空冷却槽中的真空度下降，需要冷却的时间就会变长，冷却过程慢。因此，渗气阀A、B也称为“慢冷阀开关”，而这一冷却过程就称为“慢冷”。

图中有四个程序可以选择渗气阀A、B的开闭状态以及设定它们保持这种状态的时间。

当渗气阀A、B的选择程序设定好后，点击“操作”按钮，则又返回到“操作画面”，进行冷却过程的实时监控；若还想修改参数一设定值，则点击“参数一”按钮，重新返回到“参数设置一”画面。

制冷时间到了后，渗阀A、B关闭，破真空阀打开，放气200秒后冷却过程结束，系统自动报警。

3.2.5 报警显示画面

在设计系统报警显示画面时，将故障信息在报警编辑器中编辑好，并在画面中设置消息行（画面最上端）用于故障信息显示。系统运行发生故障时，即显示报警画面，各个阀门与循环泵由正常的绿色变化为红色，并向PLC发出相应动作指令，关闭各个阀门及循环泵。触摸屏根据PLC传送的故障信号，将报警编辑器中对应的故障信息在消息行移动显示出来。同时，监控画面上的报警信号灯将不停闪烁且蜂鸣器发出声响报警。此时操作人员只有触摸“消警”按钮才能结束报警，以便继续工作，而报警的开始与结束信息也被储存在报警记录集中。

食品真空快速冷却机的报警信息有5种情况：循环泵过载导致热继电器动作、自动工作模式时真空槽内制品温度达到设定值、自动工作模式时工作时间到达设定值、自动工作模式时真空槽内制品温度达到设定值、PT模块异常（PT不正确、PT硬件错误、PT I/O超范围）。

当“循环泵热继动作”报警时，画面如图9所示：最上端的消息行移动显示故障信息，音响报警，同时关闭冷却机各个阀门，循环泵停止工作。操作员按“消警”按钮后结束报警，处理故障后继续工作。