螺旋速冻机电控系统的设计

刘延猛

大连冰山菱设速冻设备有限公司 辽宁大连 116000

随着社会经济的发展以及生活节奏的日益加快，人们对速度也越来越有要求，俗话说“民以食为天”，由此可见，食品必然是人们对速度追求中首当其冲的一个重要方面，所以速冻食品行业已经成为食品工业中的支柱产业。发展速冻食品的关键是速冻设备，速冻机就是一种能够在短时间内把大量的速冻产品中心温度冻达到-18℃，以达到营养成分不流失、品相不变、色泽晶透的高效率的冻结设备，可有效、经济地冻结放置在速冻机内部多种多样产品。速冻机的种类从结构形式上来说，可分为螺旋速冻机、隧道速冻机、平板速冻机、往复式速冻机、提升式速冻机等。在众多种类中，螺旋速冻机凭借占地面积小、冻结量大等优势得到众多厂家的青睐，基本上成为购买设备的首选机型，所以在市场上占有相当高的份额。

1 结构及原理

螺旋速冻机主要是由传动部分、蒸发器、保温库体和电控系统等几大装置构成，其中传动部分由驱动电机、网带、转毂组成；蒸发器由不锈钢和铝翅片组成，用变片距排布，保证风循环顺畅，蒸发排管可为铝管和铜管；保温库体由聚氨酯库板组成，内、外板使用不锈钢制作；电控系统则是由以PLC为核心的控制装置组成。

螺旋速冻机按照转毂的数量可分为单螺旋速冻机和双螺旋速冻机两大类，根据驱动电机的位置不同又可以分为两种方式：外传动式和内传动式。相对而言，外传动式可以将电机、减速机产生的污染及热源有效的同食品隔离开来，其卫生以及环保优势是很明显的。

螺旋速冻机在运转时，产品从入口处进货，均布在网带上的冻品会随着网带做螺旋式运动，在移动过程中能均匀地受风于来自于蒸发器送来的冷风而进行快速冻结，使得产品中心温度在规定时间内冻达到-18℃，冻结完毕的物料从出口处出货进入到下一道工序中。

2 电控系统构成方案

以双螺旋速冻机为例具体来说，其电控系统部分的控制装置是由可编程控制器（PLC）、变频器（INV）、人机界面（HMI）以及其他控制元件组成，如图1所示。

双螺旋速冻机系统整条输送线采取的是多电机驱动，网带运行时所需要的牵引力是通过转毂与网带之间的摩擦力来传递的，驱动电机共有三个，其中两个转毂部分各有一台电机做主驱拖动，另外在网带的回复部分还有一个电机作为辅助驱动，三个电机之间的配合只有达到同步或接近同步，才能保证整条网带顺畅的运行。

综上所述，螺旋输送机的电控系统要具有以下功能：（1）控制设备的启停、设定网带的运转速度并能根据需要而随时可以调整速度等参数（2）能对现场各装置的运行工况实时监控（3）网带上的三个电机要同步或接近同步状态运转；（4）设置控制系统的各种保护功能，一旦在运转中发生异常现象，如网带翻转、电机过载等，控制系统立即自动停止运转，在HMI上显示具体的报警信息并发出声光报警信号，提醒工作人员检查和维修（5）其他辅助性功能和保护措施，比如防止低温时库门漏冷而要增加门加热功能等。

3 PLC程序的编制

设备运转的电气控制系统是以可编程控制器（PLC）为核心，通过PLC接受现场各种数字量、模拟量输入信号后，执行内部程序，驱动外部执行机构，从而完成整个系统的启动、停止、保护以及电机速度的设定等控制功能。基于此，除了必备的外部硬件（可编程控制器、变频器、人机界面）之外，PLC程序的编制也是解决问题的关键所在。

在程序编制中，如何能较好地实现多电机的同步问题是重中之重，基本的算法思路是先确定好主驱电机的运转速度，其他电机以主驱电机为基准，通过PLC内部运算而计算出在同步状态下各相应减速机转速模拟量，然后再通过PLC的DA模块将模拟量输出给变频器驱动各电机运转。各电机采取的都是开环控制，这样的控制形式对于摩擦传动而言，在系统允许的误差范围内还是能够做到设备各电机接近同步状态，从而可以实现设备传动的平稳和可靠。

4 系统运行的调试

系统的设计由于采用了人机界面，各主要参数在调试中具有很大的开放性，从而使得程序的调试变得简单和轻松。把在程序运行中可以调节同步运转的几个关键参数，以形参的形式布置在人机界面上进行调试，调试者根据现场设备网带的实际运转情况而对形参一一赋值，同时设备的运行工况通过PLC与变频器的通信而得到相应的电压、电流、功率等内容也在人机界面上实时显示，这样也能够让使用者及时掌握和了解各控制设备的运转状态和数据。

我国速冻食品起步较发达国家晚，但近些年发展速度比较快，随着经济的不断发展，居民的生活消费水平不断提升，加之城镇化进程的推进，社会分工细化，生活节奏日益加快，速冻食品被越来越多的人接受并成为日常饮食的一部分，有研究表明速冻食品的消费已经由季节性消费转变为日常消费，由此必然会对速冻食品的自动化技术水平提出更高的要求。

总之，就螺旋速冻机而言，我国生产的水平与发达国家相比还是存在着较大的差距，自主创新能力不强、设备的稳定性和可靠性有待于提高。因此，加强速冻设备的研究，在技术和环保上都需要在激烈的市场竞争中进行更新换代，以符合市场的要求，那些无法满足市场要求的企业必将在发展中逐步淘汰，被优势企业取而代之。