连续式果蔬膨化设备及其控制系统研究

摘要

随着人们生活水平的提高，果蔬膨化产品的质量及其营养价值倍受人们关注，而膨化产品不但能保持果蔬原料的营养成分、口感酥脆，且不加入任何添加剂和重金属。而目前国内大多采用自动化程度较低的间隔式膨化设备，不能实现从送料到膨化后出料的连续化生产，且加工中的工艺参数控制精度低，导致原料浪费严重、膨化效果差、生产效率低。对连续式果蔬膨化设备及其控制系统的研究是解决这一问题的有效途径。
　　首先，对传统间隙式的膨化设备进行结构上的改进与优化。将连续式果蔬膨化设备为称重系统、送料机构、膨化加热仓、真空膨化罐及冷却出料系统等几个部分，分别对这些部分的结构设计。然后综合应用Pro/E和有限元分析软件ANSYS，对膨化设备进行实体建模及有限元分析，以确保设计合理。
　　其次，完成了连续式果蔬膨化控制系统的设计。控制系统的设计主要分为硬件和软件两部分，硬件设计部分主要完成了系统供电模块、电控系统主电路设计、PLC的 I/O地址分配及其硬件配置等；而软件部分则以 S7-300系列 PLC为控制核心，利用模块化及结构化编程方法将膨化生产划分为不同功能或功能块，在STEP7操作平台下编写各功能模块的控制程序，并采用PLCSIM仿真软件对用户程序进行仿真调试，结果达到预期目的。
　　最后，利用组态软件WinCC完成人机监控系统设计。将WinCC集成于SIMATIC的统一管理器平台下，以全集成自动化方式完成监控系统的设计，以确保在良好人机交互下实现对系统的有效控制。
　　本文对间隔式膨化设备的结构进行了改进并利用有限元Ansys/Workbench对重要结构进行了有限元分析，以保证设计合理。同时在全集成自动方式下完成连续式果蔬膨化控制系统下位机程序及上位机监控系统设计。本课题的研究成果在保证膨化产品质量的前提下，具有自动化程度高、可靠性强，能一定程度上提高生产效率，可广泛应用于我国果蔬膨化装备生产企业，推广应用前景十分广阔。

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1 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外膨化设备及其控制系统发展现状

1.3 课题研究的内容

1.4 课题研究的意义

1.5 本章小结

2 连续式果蔬膨化设备及其有限元分析

2.1 连续式果蔬膨化设备

2.2 连续式果蔬膨化设备二维模型

2.3 基于ANSYS的有限元分析

2.4 本章小结

3 连续式果蔬膨化控制系统方案设计

3.1 连续式果蔬膨化控制系统总体设计

3.2 控制系统运行模式

3.3 连续式果蔬膨化控制要求

3.4 控制系统重要器件选型

3.5 控制系统硬件设计

3.6 PLC系统配置

3.7 本章小结

4 连续式果蔬膨化控制系统程序设计

4.1 概述

4.2 工程项目创建及其组态设置

4.3 软件总体设计及程序结构规划

4.4 初始化程序设计

4.5 开始模块程序设计

4.6 自动程序模块设计

4.7 系统程序调试

4.8 系统异常短信报警

4.9 本章小结

5 人机界面设计

5.1 人机界面概述

5.2 人机监控界面需要分析

5.3 监控界面设计

5.4 WinCC变量归档系统设计

5.5 WinCC消息系统设计

5.6 WinCC报表系统设计

5.7 用户管理

5.8 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附 录A

附 录B

攻读学位期间的科研成果

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