螺旋速凍機電控系統的設計

劉延猛

大連冰山菱設速凍設備有限公司 遼寧大連 116000

隨著社會經濟的發展以及生活節奏的日益加快，人們對速度也越來越有要求，俗話說“民以食為天”，由此可見，食品必然是人們對速度追求中首當其沖的一個重要方面，所以速凍食品行業已經成為食品工業中的支柱產業。發展速凍食品的關鍵是速凍設備，速凍機就是一種能夠在短時間內把大量的速凍產品中心溫度凍達到-18℃，以達到營養成分不流失、品相不變、色澤晶透的高效率的凍結設備，可有效、經濟地凍結放置在速凍機內部多種多樣產品。速凍機的種類從結構形式上來說，可分為螺旋速凍機、隧道速凍機、平板速凍機、往復式速凍機、提升式速凍機等。在眾多種類中，螺旋速凍機憑借占地面積小、凍結量大等優勢得到眾多廠家的青睞，基本上成為購買設備的首選機型，所以在市場上占有相當高的份額。

1 結構及原理

螺旋速凍機主要是由傳動部分、蒸發器、保溫庫體和電控系統等幾大裝置構成，其中傳動部分由驅動電機、網帶、轉轂組成；蒸發器由不銹鋼和鋁翅片組成，用變片距排布，保證風循環順暢，蒸發排管可為鋁管和銅管；保溫庫體由聚氨酯庫板組成，內、外板使用不銹鋼制作；電控系統則是由以PLC為核心的控制裝置組成。

螺旋速凍機按照轉轂的數量可分為單螺旋速凍機和雙螺旋速凍機兩大類，根據驅動電機的位置不同又可以分為兩種方式：外傳動式和內傳動式。相對而言，外傳動式可以將電機、減速機產生的污染及熱源有效的同食品隔離開來，其衛生以及環保優勢是很明顯的。

螺旋速凍機在運轉時，產品從入口處進貨，均布在網帶上的凍品會隨著網帶做螺旋式運動，在移動過程中能均勻地受風于來自于蒸發器送來的冷風而進行快速凍結，使得產品中心溫度在規定時間內凍達到-18℃，凍結完畢的物料從出口處出貨進入到下一道工序中。

2 電控系統構成方案

以雙螺旋速凍機為例具體來說，其電控系統部分的控制裝置是由可編程控制器（PLC）、變頻器（INV）、人機界面（HMI）以及其他控制元件組成，如圖1所示。

雙螺旋速凍機系統整條輸送線采取的是多電機驅動，網帶運行時所需要的牽引力是通過轉轂與網帶之間的摩擦力來傳遞的，驅動電機共有三個，其中兩個轉轂部分各有一臺電機做主驅拖動，另外在網帶的回復部分還有一個電機作為輔助驅動，三個電機之間的配合只有達到同步或接近同步，才能保證整條網帶順暢的運行。

綜上所述，螺旋輸送機的電控系統要具有以下功能：（1）控制設備的啟停、設定網帶的運轉速度并能根據需要而隨時可以調整速度等參數（2）能對現場各裝置的運行工況實時監控（3）網帶上的三個電機要同步或接近同步狀態運轉；（4）設置控制系統的各種保護功能，一旦在運轉中發生異常現象，如網帶翻轉、電機過載等，控制系統立即自動停止運轉，在HMI上顯示具體的報警信息并發出聲光報警信號，提醒工作人員檢查和維修（5）其他輔助性功能和保護措施，比如防止低溫時庫門漏冷而要增加門加熱功能等。

3 PLC程序的編制

設備運轉的電氣控制系統是以可編程控制器（PLC）為核心，通過PLC接受現場各種數字量、模擬量輸入信號后，執行內部程序，驅動外部執行機構，從而完成整個系統的啟動、停止、保護以及電機速度的設定等控制功能?；诖?，除了必備的外部硬件（可編程控制器、變頻器、人機界面）之外，PLC程序的編制也是解決問題的關鍵所在。

在程序編制中，如何能較好地實現多電機的同步問題是重中之重，基本的算法思路是先確定好主驅電機的運轉速度，其他電機以主驅電機為基準，通過PLC內部運算而計算出在同步狀態下各相應減速機轉速模擬量，然后再通過PLC的DA模塊將模擬量輸出給變頻器驅動各電機運轉。各電機采取的都是開環控制，這樣的控制形式對于摩擦傳動而言，在系統允許的誤差范圍內還是能夠做到設備各電機接近同步狀態，從而可以實現設備傳動的平穩和可靠。

4 系統運行的調試

系統的設計由于采用了人機界面，各主要參數在調試中具有很大的開放性，從而使得程序的調試變得簡單和輕松。把在程序運行中可以調節同步運轉的幾個關鍵參數，以形參的形式布置在人機界面上進行調試，調試者根據現場設備網帶的實際運轉情況而對形參一一賦值，同時設備的運行工況通過PLC與變頻器的通信而得到相應的電壓、電流、功率等內容也在人機界面上實時顯示，這樣也能夠讓使用者及時掌握和了解各控制設備的運轉狀態和數據。

我國速凍食品起步較發達國家晚，但近些年發展速度比較快，隨著經濟的不斷發展，居民的生活消費水平不斷提升，加之城鎮化進程的推進，社會分工細化，生活節奏日益加快，速凍食品被越來越多的人接受并成為日常飲食的一部分，有研究表明速凍食品的消費已經由季節性消費轉變為日常消費，由此必然會對速凍食品的自動化技術水平提出更高的要求。

總之，就螺旋速凍機而言，我國生產的水平與發達國家相比還是存在著較大的差距，自主創新能力不強、設備的穩定性和可靠性有待于提高。因此，加強速凍設備的研究，在技術和環保上都需要在激烈的市場競爭中進行更新換代，以符合市場的要求，那些無法滿足市場要求的企業必將在發展中逐步淘汰，被優勢企業取而代之。